到目前为止,大约3%的Starlink卫星失败了

2020-10-27 18:07:29

SpaceX公司创建了Starlink,这一星座有朝一日将为整个世界提供宽带互联网接入,这招致了大量的赞扬和批评。到目前为止,该公司已经发射了800多颗卫星,(截至今年夏天)正以每月约120颗的速度生产这些卫星。甚至还有计划在十年结束前将一个由4.2万颗卫星组成的星座送入轨道。然而,在这一过程中也出现了一些问题。除了通常担心的无线电频率干扰(RFI)之外,还有这些卫星经历的故障率。具体地说,其约3%的卫星已被证明没有反应,不再在里面机动,这可能会对轨道上的其他卫星和航天器造成危险。

为了防止在轨道上发生碰撞,SpaceX公司为其卫星配备了氪霍尔效应推进器(离子发动机),以提高它们的轨道,在太空中机动,并在寿命结束时脱离轨道。然而,根据SpaceX最近在夏季(5月中旬和6月下旬)向联邦通信委员会(FCC)发布的两份通知,他们的几颗卫星自部署以来已经失去了机动能力。

不幸的是,该公司没有提供足够的信息来表明他们的哪些卫星受到了影响。为此,哈佛-史密森天体物理中心(CFA)和钱德拉X射线中心的天体物理学家乔纳森·麦克道尔(Jonathan McDowell)提出了他自己对卫星轨道行为的分析,以表明哪些卫星发生了故障。

这项分析发布在麦克道尔的网站上(乔纳森的太空报告),在那里他将SpaceX自己的数据与美国政府的消息来源结合起来。由此,他确定星座中大约3%的卫星已经失效,因为它们不再响应命令。当然,一定程度的自然减员是不可避免的,3%的失败率是相对较低的。

但是,每一个由于通信或推进系统问题而无法操纵的卫星都会给其他卫星和航天器带来碰撞危险。正如麦克道尔在接受“商业内幕”采访时所说:

我想说他们的失败率并不惊人。它的失败率并不比其他任何人都差。令人担忧的是,即使在如此巨大的星座中,即使是正常的失败率也会以大量不良的太空垃圾而告终。

凯斯勒综合症是以1978年首次提出的NASA科学家唐纳德·J·凯斯勒(Donald J.Kessler)的名字命名的,指的是轨道碰撞带来的威胁。这些会导致灾难性的破裂,从而产生更多的碎片,从而导致进一步的碰撞和破裂,以此类推。当人们考虑到失败率和SpaceX对巨型星座的长期计划时,这种综合症自然会露出丑陋的头来。

不久前,SpaceX获得了联邦通信委员会(FCC)的许可,将在328公里至580公里(200至360英里)的轨道上部署约1.2万颗Starlink卫星。然而,最近提交给国际电信联盟(ITU)的文件显示,该公司希望创造一个多达4.2万颗卫星的巨型星座。

在这种情况下,3%的故障率相当于随着时间的推移,360颗和1260颗(分别为1260颗)250公斤(550磅)的卫星失效。根据欧空局空间碎片办公室(SDO)的数据,截至2020年2月,目前有5500颗卫星在地球轨道上运行,其中约2300颗仍在运行。这意味着(使用赤裸裸的数学)一个完整的星链巨型星座将使轨道上不起作用的卫星数量增加11%到40%。

当你考虑到轨道上的碎片数量时,碎片和碰撞的问题看起来更具威胁性。除了不起作用的卫星,SDO还估计,目前在轨道上直径超过10厘米(~4英寸)的物体有3.4万个,1厘米到10厘米(0.4到4英寸)的物体有90万个,1毫米到1厘米的物体有1.28亿个。

当然,SpaceX强调碰撞的风险非常小。在2017年4月提交给联邦通信委员会的文件中,SpaceX提到了假设卫星故障率为10%、5%和1%的碰撞风险的可能性。作为回应,该公司表示,考虑到以下规格和指导方针,即使1%的风险也不太可能:

星链星座的设计超出了美国宇航局的碎片缓减指南和积极的监测计划,以发现潜在的问题并使受影响的卫星脱离轨道。

在很长一段时间内的增量部署计划(他们通过每次发射部署一批60颗卫星来执行这一计划)。

一种迭代设计过程,利用新技术和升级,避免发射更多被识别为有问题的卫星,并使那些被识别为有风险的卫星脱轨。

最后,但并非最不重要的一点是,SpaceX强调它进行了模拟,并与来自美国空军联合空间行动中心(JSpOC)和NASA轨道碎片工程模型的信息进行了证实。由此,他们声称,基于1%的卫星故障率和没有纠正的动作,每十年大约有1%的可能性,任何一颗失败的SpaceX卫星都会与一块被跟踪的碎片相撞。

还有一种可能的情况是,如果“星际链接”卫星的推进系统发生故障,它们无法提升轨道或施加修正推力,它就会自然脱轨。但是,即使它们的轨道较低,与其他通信卫星相比,这个过程仍然需要一到五年的时间。归根结底,没有保证,只有警惕和准备。

与此同时,马斯克本月早些时候宣布,随着他们最新一批卫星在轨道上发布,Starlink计划启动其互联网服务的Beta测试。一旦这些卫星到达它们的目标位置,我们将能够在美国北部和加拿大南部推出相当广泛的公开测试版。他在推特上写道,一旦我们获得监管部门的批准,其他国家就会效仿。引用:到目前为止(2020年10月26日)从https://phys.org/news/2020-10-starlink-satellites.html检索到的“星链”卫星中约有3%失败。

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