衛(wèi)星對氣候與安全的威脅 衛(wèi)星商業(yè)價值的盡頭誰來善后

近日，SpaceX 遭受了一場突如其來的大事故，其不久前發(fā)射的49顆衛(wèi)星，其中40 顆因一場太陽耀斑輻射而掀起的地磁風(fēng)暴被毀。近乎失去發(fā)射任務(wù)的全部衛(wèi)星，這也是近年來最大的一起衛(wèi)星安全事故。據(jù)悉每顆衛(wèi)星的造價在50萬美元左右，加上火箭運(yùn)輸?shù)某杀镜?，損失總計在2億元左右。

SpaceX的星鏈計劃是在2014年發(fā)起的，計劃發(fā)射12000顆衛(wèi)星，截至2022年1月15日，星鏈衛(wèi)星在軌正常運(yùn)行的數(shù)量是1800顆，有272顆已經(jīng)進(jìn)入軌道等待激活，而其余的200多顆衛(wèi)星已經(jīng)失聯(lián)。失聯(lián)的衛(wèi)星和不停發(fā)射上軌的衛(wèi)星間似乎沒有喘息的空間。

商業(yè)太空熱也是近年來最為明顯的一股潮流，無論是太空旅游還是火箭、衛(wèi)星的發(fā)射等，一片欣欣向榮。

除了SpaceX的萬顆衛(wèi)星的計劃部署外，亞馬遜的太空星座Kuiper計劃也向美國通信委員會申請增加部署4500多顆衛(wèi)星，總計規(guī)模達(dá)7700多顆。阿斯特拉（Astra）公司的衛(wèi)星申請數(shù)量多達(dá)13620顆，OneWeb和波音也分別新申請了6372顆和5789顆衛(wèi)星。這些航空領(lǐng)域的新貴與巨頭企業(yè)們互不相讓，都涌入了擁擠的新太空時代。

據(jù)統(tǒng)計，目前大約有3萬顆衛(wèi)星在軌環(huán)繞地球飛行，而在過去的兩年里，航空航天公司已經(jīng)向地球軌道發(fā)射了近2000顆互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，申請“上線”的衛(wèi)星不斷在增加。這么多的衛(wèi)星要上天，有限的地球軌道能不能承受住這些商業(yè)熱潮呢？

氣候與安全的威脅

大量上天的衛(wèi)星在商業(yè)價值上還未開始大顯神通，宣傳方面的服務(wù)宗旨也沒有看到什么成果與水花，但已經(jīng)給行業(yè)帶來不小的震蕩，市場中不乏抱怨的聲音：大量的衛(wèi)星對科研、氣候的破壞日益加重。

1. 影響天文學(xué)家的觀測與研究。研究人員預(yù)計，隨著更多衛(wèi)星的發(fā)射，觀測被干擾的問題將變得更加嚴(yán)重。例如2019年，加利福尼亞州霍桑市的SpaceX公司發(fā)射的第一批星鏈互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星在天文圖像中的亮度超出預(yù)期，對許多天文學(xué)家的研究產(chǎn)生影響。

許多天文學(xué)家的研究會更加困難、耗時和昂貴。因為衛(wèi)星的干擾，研究人員不得不重新設(shè)計購買設(shè)備進(jìn)行觀測。盡管衛(wèi)星在設(shè)計時會考慮一些光線的反射問題，減少衛(wèi)星的可見性，但天文學(xué)家表示，這些衛(wèi)星仍然會干擾觀測。

1. 人造衛(wèi)星會對大氣和全球氣候產(chǎn)生影響。衛(wèi)星的制造原料中鋁應(yīng)用的很廣泛，退役的衛(wèi)星再入大氣層時燃燒生成的氧化鋁，會嚴(yán)重的消耗臭氧，不僅導(dǎo)致臭氧吸收紫外線的能力變?nèi)酰矔淖兇髿鈱拥姆凑章?，對全球的氣候產(chǎn)生影響。

據(jù)星鏈計劃的衛(wèi)星壽命計算，平均每天進(jìn)入地球大氣的衛(wèi)星將重達(dá) 2.2 噸，留在大氣中的氧化鋁會隨著時間推移不斷增加。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的研究者指出，幾十年后巨型衛(wèi)星星座燃燒所積累的污染物帶來的氣候影響，或許會與目前化石燃料燃燒引起的氣候變化相當(dāng)，這種可能性無法排除。

1. 衛(wèi)星碎片的碰撞風(fēng)險。人造衛(wèi)星在極端紫外線輻射下的自然風(fēng)化，會產(chǎn)生許多的太空垃圾和殘骸，這些太空殘骸碎片會對在軌的航天器產(chǎn)生威脅。除了自然風(fēng)化的風(fēng)險外，人造衛(wèi)星服役壽命完結(jié)時，棄置摧毀的過程也會產(chǎn)生非常多的碎片，成千上萬的人造衛(wèi)星積累的垃圾問題不容小覷，帶來各種潛在的碰撞風(fēng)險。

隨著越來越多的衛(wèi)星被送上太空，帶給氣候與科研越來越多的問題。在太空中，人造衛(wèi)星、航天器和碎片殘骸沿著各種不同的軌跡飛行，因為碎片的積累，近地軌道也被戲稱越來越像高峰時間段擁堵的高速公路。

歐洲航天局表示，一個微生物大小的碎片在航天器中可能只留下一個凹痕，但若換成豌豆大小的碎片，就可能會導(dǎo)致關(guān)鍵的飛行系統(tǒng)失靈。如果是乒乓球大小的殘骸，將是一起災(zāi)難。乒乓球大小的太空垃圾會導(dǎo)致空間站迅速降壓，威脅空間站與宇航員的安全。

我們知道衛(wèi)星界的巨無霸星鏈計劃部署約3萬顆衛(wèi)星，同行無不擔(dān)憂。發(fā)射的兩千多顆衛(wèi)星已經(jīng)造成了太空50%的碰撞事故。隨著后期數(shù)萬顆的太空衛(wèi)星上軌，帶來的后果不難想象。

太空擁堵與垃圾的問題已日益凸顯。根據(jù)倫敦自然歷史博物館的數(shù)據(jù)，地球軌道上至少包含1.28億個碎片，其中直徑在10厘米以上的碎片多達(dá)34000個。這些還只是大到足以探測到的碎片，當(dāng)然也存在許多較小沒被發(fā)現(xiàn)的碎片。

衛(wèi)星的數(shù)量日益增多，帶來的風(fēng)險也就越多。耗費巨資送上太空的各類航天器、也包括正在服役的衛(wèi)星都會被影響。那么如何改善這個現(xiàn)狀呢？

縫縫補(bǔ)補(bǔ)的改良措施

對于這些不斷上天的衛(wèi)星和其潛在的安全威脅，國際組織也一直在探討更多的可能與解決方案。科學(xué)家們開始與聯(lián)合國合作，希望構(gòu)建衛(wèi)星巨型星座的新標(biāo)準(zhǔn)，以遏制其對科研的干擾與影響。

意大利帕多瓦大學(xué)天文學(xué)家、國際天文學(xué)聯(lián)合會（IAU）前秘書長Piero Benvenuti和其他天文學(xué)家一直致力于通過國際天文學(xué)聯(lián)合會提高國際上對人造巨型星座如何影響科學(xué)家和公眾的認(rèn)識。他們稱，這樣做的目的不是為了讓天文學(xué)家和衛(wèi)星公司對立，而是要為如何公平地利用外層空間的共享區(qū)域構(gòu)建一個藍(lán)圖。

在去年7月12日至16日舉行的一場關(guān)于衛(wèi)星星座的虛擬會議（SATCON2）上，科學(xué)家們討論了這些和其他議題。這些討論可能會幫助科學(xué)家和公眾，應(yīng)對數(shù)量激增的新衛(wèi)星涌入太空建立一個框架。

作為被不斷詬病與投訴的衛(wèi)星企業(yè)來說，也在根據(jù)投訴的意見不斷改良衛(wèi)星的設(shè)計。SpaceX試驗了幾種能使衛(wèi)星變暗的方法，目前發(fā)射的所有星鏈衛(wèi)星都帶有遮陽板，這樣當(dāng)太陽光反射出去時，衛(wèi)星就不再那么顯眼了。

對于衛(wèi)星的亮度閾值，天文學(xué)家和包括SpaceX在內(nèi)的幾家商業(yè)衛(wèi)星公司代表也商定了標(biāo)準(zhǔn)。該閾值比人眼在黑暗的天空中所能看到的亮度要稍微弱一些。西雅圖華盛頓大學(xué)的天文學(xué)家Meredith Rawls說，星鏈衛(wèi)星的亮度已經(jīng)接近這個閾值，但目前還沒有達(dá)到。

不過遺憾的是這個閾值的標(biāo)準(zhǔn)也完全不能避免對科研的影響。即使衛(wèi)星企業(yè)按照標(biāo)準(zhǔn)制造的衛(wèi)星仍然會被儀器捕捉和產(chǎn)生影響，尤其是對觀測大片天空的望遠(yuǎn)鏡。Vera C. Rubin天文臺是美國在智利建造的一個大型望遠(yuǎn)鏡，它所拍攝的圖像中有40%可能會在黃昏和黎明時被衛(wèi)星條紋破壞。一些衛(wèi)星的傳輸信號也可能會干擾射電望遠(yuǎn)鏡。

因為目前還沒有管理衛(wèi)星對夜空影響的法律，所以這些影響和破壞沒法完全遏制。只能通過聯(lián)合國的調(diào)節(jié)和處理來達(dá)成一些共識。

對于衛(wèi)星的亮度改善縫縫補(bǔ)補(bǔ)的措施一直在改進(jìn)，而對于太空垃圾的處理，科學(xué)家通過跟蹤定位這些太空垃圾，告訴準(zhǔn)備上天的企業(yè)與國家，應(yīng)該在什么時候讓航天器避開飛速來襲的碎片。除此之外，研究人員也在開發(fā)各種清理太空垃圾的方法，比如使用鉤子、網(wǎng)和磁鐵將太空垃圾拽回地球大氣層。

這些方法可以改善一些衛(wèi)星帶來的影響，不過也都只是善后的方式，從根本上來說，還需要立法層面來遏制無限增發(fā)的衛(wèi)星數(shù)量問題。無論是科研還是垃圾、氣候等問題，衛(wèi)星的數(shù)量保持一個限制，就可以從根源上來解決這些問題。

衛(wèi)星的商業(yè)價值盡頭

科技企業(yè)爭相發(fā)射衛(wèi)星，都在瞄準(zhǔn)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。大量低軌衛(wèi)星組成的通訊網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)全球通信的覆蓋，滿足一些空中、海上、沙漠、森林等邊遠(yuǎn)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的服務(wù)寬度和深度。據(jù)悉，2019年全球有43億人次乘坐飛機(jī)旅行，對于空中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求旺盛，衛(wèi)星潛在的商業(yè)價值巨大。

除了這些應(yīng)用外，衛(wèi)星也可以將通信網(wǎng)絡(luò)輻射到未被地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋的人群。根據(jù)聯(lián)合國披露的數(shù)據(jù)，全球仍有數(shù)30億的人口沒有與互聯(lián)網(wǎng)連接。鋪設(shè)光纖的成本相對于衛(wèi)星來說，昂貴許多，衛(wèi)星的存在對于地面尚未接觸互聯(lián)網(wǎng)的人群來說，十分有價值。

衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈在科技與需求的驅(qū)動下，快速的成熟。但我們真的需要這么多的衛(wèi)星嗎？商業(yè)競爭的硝煙在太空燃起，太空不同于地面，對于商業(yè)競爭下的犧牲品來說，數(shù)以千計萬計的衛(wèi)星后續(xù)處理就很麻煩了。雖然很多衛(wèi)星企業(yè)都宣稱在退役后有完備的銷毀機(jī)制，不會殘留太空垃圾。但目前各種太空垃圾的充斥，都顯眼地低訴著嘴炮不可信。銷毀機(jī)制并不能完全的遏制太空垃圾的產(chǎn)生，更何況其存在本身對科研和未來氣候的影響。

當(dāng)然，數(shù)量不斷增多的衛(wèi)星，在商業(yè)價值的盡頭，也有一些軍事、空域資源的搶占考量。因為衛(wèi)星頻率和軌道資源是全球共享的，按照國際電信聯(lián)盟的規(guī)定，衛(wèi)星頻率與軌道的分配機(jī)制誰搶誰得，也在某些方面影響了衛(wèi)星爭相上天的局面。在這其中，不乏一些擁有技術(shù)優(yōu)勢的企業(yè)在商業(yè)價值應(yīng)用方面包裝一層外衣，掛羊頭賣狗肉。

商業(yè)、軍事價值的利益、先發(fā)優(yōu)勢等都成為企業(yè)競相上軌的理由。消費者對衛(wèi)星“太空互聯(lián)網(wǎng)”的期待，核心是聚焦于數(shù)據(jù)服務(wù)，比如遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等等。到具體產(chǎn)業(yè)端，目前也沒有看到這類服務(wù)的規(guī)模商業(yè)化成功運(yùn)營，而是不斷增發(fā)和停用失聯(lián)的衛(wèi)星。留給這些衛(wèi)星企業(yè)還能作妖的時間究竟多久呢？

人類十分擅長高估自然的承受能力，低估自身改變環(huán)境的手段。我們在海洋污染和全球氣候變暖的變化中已經(jīng)嘗到了苦頭，直到現(xiàn)在仍在不斷的補(bǔ)救和改善中。

對于開發(fā)太空領(lǐng)域的代價，能不能預(yù)先的吸取下經(jīng)驗教訓(xùn)，不要在重蹈覆轍。太空全球互聯(lián)的愿景與商業(yè)利益的盡頭，局勢開始變得逐漸不可控，太空商業(yè)競爭后的一地雞毛，誰來為我們善后呢？