近日，欧空局对地球科学卫星“风神”实施了一次变轨机动，以避免与美国太空探索技术公司的一颗“星链”卫星相撞。
欧空局对这次操作有所不满。他们本希望“星链”卫星能避让，但太空探索技术公司没接茬，他们只得让自己的卫星变轨。这种事情如果仅此一次倒也罢了，但他们不得不对未来产生忧虑。该局在推文中表示，一旦有更多卫星入轨，诸如“星链”和其他规划中的巨型星座项目下的那些卫星，这种靠“手动”来避免潜在相撞的办法将不可持续。
这种担忧不无道理。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩告诉记者，截至目前人类总共发射了8000多个航天器，在轨运行的有1500多个。然而近年一些航天机构提出了各种巨型星座项目，例如仅“星链”星座就计划发射12000颗卫星，而且相当一部分卫星将部署在500多公里高度的近地轨道。这可能使卫星相撞的概率大大增加。
史上仅发生过一例卫星“车祸”
卫星相撞的事件确实发生过。2009年2月，美国“铱星33”在西伯利亚上空近800公里高度，撞到了已经报废的俄罗斯“宇宙-2251”卫星。这是截至目前，人类航天史上唯一一次卫星与卫星相撞事件。
撞击的结果相当惨烈。两颗卫星的重量分别为560公斤和900公斤，各自以每秒7.9公里的第一宇宙速度飞行。撞击后不仅铱星“身亡”，而且产生了大量碎片，散落到从几百公里到一千多公里高度的太空中，对后续太空计划造成了影响。
但这种“车祸”概率并不高。试想，即使在枪林弹雨的战场，两颗子弹相撞的几率能有多大，何况是广阔的太空中数量并不很多的卫星呢。
此次“风神”与“星链”间虽然出现险情，相撞的可能性其实也很小。根据美国空间标准与创新中心的“卫星轨道交会空间威胁性相遇评估报告”显示，这两颗卫星会在美国东部时间9月2日早上7点多，以每秒14.4公里的相对速度“擦肩而过”，最近距离大约4公里，相撞的概率不足百万分之一。
中国航天科技集团五院总体部轨道主管设计师高珊向记者介绍，卫星运行的轨道分很多种。例如，按照轨道高度，可分为2000公里以内的近地轨道、20000公里左右的中高轨道，以及将近36000公里的地球静止轨道等。
即使在近地轨道运行的卫星，轨道也五花八门。从偏心率来看，有圆轨道、近圆轨道、椭圆轨道；从轨道倾角来看，有绕着地球的“腰带”飞行的赤道轨道，有几乎垂直于赤道、飞经地球两极的极地轨道，还有轨道倾角与赤道关系介于水平与垂直之间的倾斜轨道。
所以，飞行在不同高度、不同轨道的卫星，要想在同一时间在茫茫太空中相遇，也是需要很大的缘分。
相撞概率虽低，避让却很麻烦
卫星相撞的概率虽低，空间碎片却不可不防。看过电影《地心引力》的朋友，想必都会对这些太空垃圾的威力留下深刻印象。
2009年美俄卫星相撞后，双方一度为事故责任发生了争执，但后来美方承认了自己在预警方面的失职。负责追踪太空残骸的美国国防部事后表示，当时太空垃圾多达18000个，国防部无法逐一追踪，根本不可能预测这种相撞事故。
高珊介绍，如今地球附近被记录在案的废弃航天器以及空间碎片，已经超过5万个。
不过，人类对太空垃圾的监测能力也大有提高。庞之浩说，多个国家合作建设了地面太空监视系统，通过雷达、光学等手段，对在轨航天器及空间碎片的动态进行监视。
2010年9月，美国还发射了天基太空监视系统首颗卫星，让其与地面系统合作，形成天地一体化的太空监视网。随后，加拿大、德国、意大利等国，也在太空计划中开展了天基太空碎片监测的尝试。
有较为精密的太空监测作为基础，使人类具备更强的为航天器预测风险，以及帮它们化险为夷的能力。
高珊说，航天器设计上有一门专业叫做“空间碎片防护”，是利用强度较高的材料，在航天器表面加上一层“铠甲”。另外航天器设计布局时，也会有所考虑，避免把比较脆弱的部件暴露在外。这样，当遇到比较细微的空间碎片时，航天器具有一定的抵御能力。
如果面对较大的空间碎片，就需要航天器主动躲避了。国际空间站、天宫二号等都曾为此实施过变轨。
庞之浩说，卫星自身拥有推进器，是具备变轨能力的。例如卫星被火箭发射到预定轨道后，就需要自身发动机点火工作，飞到最终的工作轨道。也有一些遥感卫星，会根据任务需求实施轨道机动，对指定位置开展观测。
高珊介绍，为躲避障碍物而实施变轨，事先需要一段准备过程。一般来说，太空监视系统会提前数天发现卫星可能遇到的险情，并发出预警，随后系统会持续监测相关卫星和空间碎片的动态，不断更新数据。地面飞控人员则需提前制定合适的预案，如果确定存在碰撞风险，就要在适当的时候以最小的代价来采取措施。毕竟轨道机动需要消耗燃料，这直接关系着卫星的工作寿命。
庞之浩说，通常航天器的避让方案都是略微提升轨道高度。此次“风神”也是如此，欧空局在两颗卫星相距半圈时，提高了“风神”的轨道高度，让它从“星链”的头顶飞过。
但这种变轨也很麻烦。欧空局后来抱怨说：“这些避撞机动要花很多时间来准备，包括要确定所有在用航天器的未来轨道位置，还要计算相撞风险和各种不同行动的潜在后果。”
卫星运行管理需“守规矩”、别添堵
新卫星在轨道设计时，会不会为避免与在轨卫星碰撞而有所考虑呢？
高珊表示，并没有，目前的轨道设计仍以任务需求为重。
毕竟，太空里还远远没有堵到让卫星因为怕“撞车”而需要“绕路上班”的地步。
庞之浩说，相比低轨卫星，国际上对地球静止轨道卫星的间距有一定要求，因为该轨道资源更为有限。但那也不是为了防止卫星相撞，而主要是为避免卫星之间出现频率干扰。
美俄卫星相撞后，美国宇航局约翰逊航天中心太空垃圾研究专家马特内曾抱怨说：“我们知道这种事情迟早要发生，卫星太空相撞问题将在今后几十年变得越来越突出。”
确实如此。随着人类航天活动的快速发展，如果未来每年都有成百上千颗卫星蜂拥而上，同时产生更多太空垃圾，再宽广的轨道空间，也总有一天会拥堵起来。
高珊表示，如果轨道环境拥挤到一定程度，可以对卫星的轨道参数进行优化调整，例如抬高几公里，以避开“拥堵路段”。同时她认为，更重要的是在卫星运行管理中遵守“交通规则”，别添堵别添乱，并加强对空间飞行物的监测。
记者了解到，我国承担航天器在轨运行管理的单位如北京飞行控制中心等，近年来致力于向智能化、自主化方向发展，不断提升着管理能力和水平。
欧空局和太空探索技术公司也声称，正在研究依靠人工智能或自主式系统帮助卫星躲避碰撞的技术。
此外还有许多人对动辄上万颗卫星的庞大计划怀有疑问，是否有必要？毕竟这么多卫星报废后都将成为不可控的太空垃圾，难免对太空环境产生威胁。
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