两颗报废卫星的碰撞预警引起业界对太空态势感知的关注

LeoLabs公司模拟出两颗卫星相撞的路线

1月29日晚,在美国宾夕法尼亚州匹兹堡900公里上空,两颗报废的卫星以每秒近15公里的相对速度相互接近,估计距离约为18米,几乎相撞。这两颗卫星其中一颗是1983年由美国和荷兰联合发射的红外天文卫星(IRAS)。另一颗是重力梯度稳定试验(GGSE 4)号卫星,这是1967年发射的一颗技术示范卫星,这颗小卫星实际是美国国家侦察办公室的一艘收集信号情报卫星。由于这两艘宇宙飞船都已经报废了几十年,它们无法机动避免碰撞。因此所能做的就是观察和等待。

1IRAS(左)与GGSE-4(右)卫星概念图

最早发布这次碰撞预警的并不是负责碰撞信息发布的美国太空司令部,而是由一家私人卫星跟踪公司LeoLabs公司发布。太空司令部的任务重点是监测对在轨可用卫星和国际空间站的威胁,而对没有机动能力的死亡卫星分配的监测资源不够。商业LeoLabs公司经营着一个跟踪近地轨道物体的雷达网络,该公司从1月27日就开始监测这两颗卫星。根据LeoLabs的数据,当时他们估计这两颗卫星将以相对速度每秒14.7公里的速度擦身而过,有1/100的几率会撞到对方。但是由于IRAS卫星质量很大,重达1000多公斤,而GGSE-4卫星有18米长的长杆结构。后者增加了碰撞的机会,而前者增加了碰撞的后果。在撞击发生前几个小时,该公司将碰撞概率修正为1/20。如果两颗卫星相撞,预计可能产生12000块新的轨道碎片,严重威胁到近地轨道上卫星的安全。

非常幸运的是这两颗卫星擦肩而过,并没有发生碰撞。在两颗卫星近距离接近几个小时后,LeoLabs公司和美国太空司令部都表示,他们没有监测到碰撞产生碎片的证据。LeoLabs公司在2月1日,碰撞接近事件两天后发表的一篇事后分析中表示“考虑到这些物体独特的大小和尺寸,我们有理由估计,这些卫星可能距离彼此的实际撞击距离只有几米。”

美国太空司令部事件确认推文

2月3日,在加州举行的小卫星研讨会上(SmallSat Symposium),LeoLabs公司的创始人兼首席执行官丹·塞佩利(Dan Ceperley)在一次小组讨论中提出:”虽然这次很幸运,但是随着越来越多的卫星寿命结束并退役,而越来越多的卫星被送入近地轨道,在轨道上发生碰撞只是时间问题“。

2月11日,众议院科学空间和技术委员会、航空航天小组委员会在白宫举行了听证会,空间态势感知是听证会的主题。第二天,参议院商务委员会全体成员就“具有全球重要性的太空任务”举行了听证会,其中还包括行星防御和太空天气,太空交通管理是听证会的一部分。

2020年2月11日安全世界基金会项目规划主任布莱恩·维登,,在众议院空间小组委员会听证会上。

众议院听证会上,安全世界基金会(Secure World Foundation)项目规划主任布莱恩·维登提出了要审视空间态势感知关键问题和不断变化的情况。1月份发生的碰撞预警事件应该为业内人士敲响警钟,太空态势感知方面还有很多事情要做。此次听证会主要提供相关信息,讨论轨道碎片和追踪工作的现状,以及与之相关的一些法律和监管问题。

2020年2月12日,商务部太空商务办公室主任凯文·奥康奈尔在参议院商务委员会听证会上

在参议院听证会上,美国商务部太空商务办公室主任寻求将2021财年预算从230万美元大幅提高至1500万美元。增加的大部分资金将用于提高空间态势感知还太空交通管理能力。美国商务部长威尔伯·罗斯(Wilbur Ross)希望太空商务办公室从美国国家海洋和大气管理局(NOAA)内部的一个办公室升格为一个由助理国务卿领导的更引人注目的机构。将负责SSA的非军事活动和一系列其他活动。

但是这项政策需要国会的批准。一项授权这些改变的法案在最后一次国会会议中被否决。该法案已被重新提出,但尚未获得参议院全体通过。参议院和众议院正在讨论有关罗斯计划的不同议案,确定由哪个政府机构如美国宇航局还是商务部来监督SAA的活动。

委员会领导层表示,他们才刚刚开始研究这个问题。小组委员会主席、民主党众议员肯德拉·霍恩指出“今天的听证会,以及证人的证词,是探索这个话题的一个关键开端。听证会是我预期的关于空间态势感知的一系列小组委员会活动的第一步” 。太空态势感知是这个委员会要考虑的一个重要议题,但应该以非常慎重的方式来考虑。“在太空中的密集发射吸引了媒体的注意,并要求出台严厉的法规,但是如果行动过度可能会对美国的太空事业造成同样的伤害。

听证会期间出现的一个关键问题是如何鼓励蓬勃发展的卫星产业,同时确保地球轨道上的安全运行环境。太空探索技术公司(SpaceX)的“星链”(Starlink)等巨型卫星星座的崛起,将催生出数以千计的卫星,美国公司已经申请将58,000颗新卫星送入轨道。这个数字是任何其他国家的15倍,是地球上所有其他国家总和的8倍。随着成千上万颗卫星步入太空,轨道碎片带来的问题会越来越大。

太空碎片

专家们担心“凯斯勒现象”(Kessler syndrome),即太空物体之间的碰撞会产生连锁反应。结果可能导致整个轨道范围在未来数年或数十年内无法使用,这将是严重依赖卫星的现代经济的一场经济灾难。

2009年,美国铱星与俄罗斯宇宙卫星碰撞为整个太空界敲响了警钟,认识到轨道碎片对活动卫星的威胁以及SSA对探测和避免未来碰撞的重要性。美国在2010年改变了政策,扩大了美国空军的SSA任务,向全球所有卫星运营商提供碰撞预警警告。今天,在轨道上有2200多颗现役卫星,以及2万多块登记在册的轨道碎片。尽管太空态势感知工作已经取得了进展,但还远远没有意识到轨道碎片带来的问题越来越大,碎片的问题比人们所知道的要严重,轨道目标管理目前缺乏衡量碰撞风险或限制新碎片产生的国际标准;大多数卫星在其使用寿命结束后仍长期留在轨道上;目前还没有确定哪一方应该移动其卫星以避免事故的协议;误报和漏报的数量让卫星操作员应接不暇。因此急需在管理轨道碎片、防止卫星碰撞和确保太空的长期可持续性方面取得进展,对外层空间活动进行更好的全球治理。

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