科技行者

网站导航

马斯克的SpaceX 星联网计划很酷,但卫星设备坠落可能砸死人

SpaceX Starlink计划的风险:可能性造成人员受伤甚至死亡

根据IEEE Spectrum对美国联邦通信委员会提交的数据做出的分析结论,SpaceX公司计划的Starlink卫星星座项目每六年即有45%的可能性造成民众受伤甚至死亡。

Elon Musk希望最终能够让星座计划中的近12000颗卫星承载全部互联网流量中的五成。这些卫星将利用激光与无线电链路为世界各地的人们提供快速且廉价的互联网接入服务——而由此带来的服务费,则可以帮助Musk完成他殖民火星的梦想。

然而,残酷的现实告诉我们,SpaceX规模庞大的轨道卫星网络意味着未来将不断有卫星设备坠落地球,而由此造成的人员伤亡将很可能只是时间问题。

Starlink计划由三组运行在不同轨道中的卫星群组成,这些轨道各自拥有不同的运行高度。首批发射的是1584颗近地轨道(简称LEO)卫星,高度距地面550公里。接下来是2825颗位置更高的卫星,距地面高度在1100公里到1325公里之间。最后一批7518颗属于极低地球轨道(简称VLEO)卫星,距离地面仅为340公里。这些卫星的质量总和,相当于目前国际空间站的10倍以上。

这11927颗卫星将携带太阳能电池板、电池、无线电与激光通信设备,外加充足的燃料以调整自身轨道或抵消空中微弱的大气层阻力。但在约六年之后,卫星的燃料将耗尽,届时各卫星将利用备用燃料推动自身向高密度大气层下坠。每颗卫星的尺寸都略小于特斯拉Model 3车型,而进入大气层后星体将快速燃烧殆尽。

然而,燃烧殆尽只是一种理想化的效果。根据SpaceX方面的估算,每颗重达386公斤的Starlink卫星在燃烧之后都将剩余数公斤质量,这将是其拥有足够的动能抵达地球表面并可能导致人员伤亡事故。美国宇航局最终将这一动能数字修正为15焦耳,大约与速度为每小时51公里的棒球威力相同。根据不同卫星的具体配置,最终残留下来并当头砸下的部分可能是铁制推进器组件、不锈钢反作用轮或者碳化硅镜等。

此前,在SpaceX方面将这些数据输入美国宇航局的残片评估软件时,这款软件计算出近地轨道卫星残骸导致人身伤亡的几率最高不超过18200分之一。极低地球轨道卫星的风险普遍略高,最高不超过17400分之一。这些数字都低于美国宇航局提出的万分之一伤亡几率标准,因此能够满足美国与欧洲各宇航机构设定的太空发射要求。

然而,联邦通信委员会并不满足于此。2018年3月与6月,通信委员会方面计算了整个星座计划对人类造成的总体风险。假设11927颗卫星全部如期发射,并按照原定计划分批坠落,那么从第一次发射到大约六年之后,平均每天将有五颗卫星进入地球大气层。这样算来,每颗卫星无法“燃烧殆尽”并导致残留部分引发人身伤亡的可能性确实不高。

实际上,届时这些卫星将成批坠落,意味着一年之内的坠落卫星总数超过1000颗。美国联邦通信委员会发现,这些微小的风险相加之后,意味着近地轨道卫星引发人身伤亡的风险将提升至五分之一,而极近地球轨道卫星引发人身伤亡的风险更是高达四分之一。IEEE Spectrum利用SpaceX最新公布信息得出的计算结果表明,星座计划因卫星残骸导致人身伤亡的总体风险实际上为45%。

这意味着美国宇航局的软件证明,大约每六年就会有一颗卫星致人受伤甚至死亡。

每天抵达地球表面的、重量大于10克的陨石平均为62颗至242颗

考虑到目前全球人口总数已经达到75亿,因此任何个体受到危害的可能性仍然极低。以2011年为例,当时美国宇航局计算出一颗卫星在坠落地球时,击中某人的概率约为3200分之一。但正如《华盛顿邮报》的Jason Samenow当时在文章中所指出的,特定某人被卫星残骸击中的风险为22万亿分之一——远低于他们赢得头彩或者被闪电击中的概率。

尽管如此,仍有不少航天企业对此类事件表示担心(无论概率有多低),并在计划当中充分加以考量。2017年9月,SpaceX公司的太空互联网项目竞争对手OneWeb指出,前者卫星中的一部分残留组件可能会以超过960焦耳的动能抵达地球——相当于一颗速度超过每小时400公里的棒球砸向地面。该公司要求联邦通信委员会“勒令SpaceX公司首先明确其大规模近地轨道与极低地球轨道卫星群所带来的总体风险,并采取适当措施以减轻这种风险。”

当然,地球平日里也经常受到太空中各类自然天体的“轰击”。SpaceX公司在回应中指出,每天抵达地球表面的、重量大于10克的陨石平均为62颗至242颗。该公司写道——“因此,尽管SpaceX的计划看似需要发射大量新增卫星,但和每年与地球自然撞击的大量陨石相比,其数量仍然微不足道。”

联邦通信委员会对此表示反对。在写给SpaceX方面的信件中,通信委员会计算出在六年期间,坠落的Starlink卫星将给地球表面带来超过50万块独立残片。而且由于Starlink卫星计划预计将持续六年,这相当于每天平均落下228个残片——已经接近自然陨石最为密集的下落频度。

SpaceX公司则回应称,其每颗卫星在整个生命周期当中最多产生10块残片,而且其中只有一小部分有可能给人们带来风险。其总计产生的残片数量约为12万块,折合每天54块——基本相当于自然陨石数量最低的情况,因此完全可以忽略不计。

留给SpaceX的时间不多了

尽管这些太空设备一直在围绕着地球飞来飞去,但由此类残骸引发的人员伤亡数量仍然非常稀少。1997年,位于俄克拉荷马州塔尔萨市的Lottie Williams亲眼看到自己的头顶上飞过正在燃烧的Delta火箭残片。而在2016年,印度当局声称泰米尔纳德邦的一名公交车司机因陨石撞击事故而被炸身亡。相比之下,最严重的事故当数2013年发生的小行星爆炸事件,其造成的冲击波在俄罗斯车里雅宾斯克市造成约1600人受伤。

SpaceX公司指出,我们大多数人都不会成天在户外晃悠,等着下坠的天体把我们击中。该公司在写给通信委员会(美国宇航局将「人员伤亡」定义为对人类造成损伤,包括导致死亡)的回信中宣称,“考虑到DAS分析系统假设只有15焦耳动能的残片会导致人员伤亡,因此任何形式的庇护设施都能够大大降低人员伤亡的可能性。虽然SpaceX公司没有对庇护设施进行过具体分析,但计划本身已经完全符合美国及国际通行的残片坠落标准。而且值得强调的是,单是庇护设施这一项因素,就足以将另一家卫星运营商的伤亡风险降低至四分之一甚至更低。”

在这里提到的“另一家卫星运营商”指的正是铱星NEXT公司。根据DAS软件的估算,其卫星造成人员伤亡的几率最高不超过4400分之一。铱星公司认为,目前世界上同一时段之内只有10%到20%的人口身处户外且始终未受到任何设施的保护,而其他人员应该被排除在此类风险计算之外。此前,美国联邦通信委员会已经批准了铱星的NEXT卫星发射计划。

对此,SpaceX公司同时做出承诺,称其将进一步完善自家卫星的部件形状,从而最大限度提高其在大气层当中被燃烧殆尽的可能性。此外,该公司也与美国宇航局开展合作,希望尽可能降低设计方案造成人员伤亡的几率。2017年11月,SpaceX公司与美国宇航局签署了一项空间法协议,旨在利用宇航局方面先进的轨道碎片物坠落残留分析工具软件以更深入地解析卫星设备的残留可能性。最终,在今年11月,SpaceX公司已经获得美国联邦通信委员会的许可,得以正式启动并运营其Starlink卫星星座计划。

然而,这一切并不能打消政府方面对于“天降横祸”的担忧。今年11月19日,美国联邦通信委员会发布了关于轨道碎片问题的拟议规则制定通知。在这份通知当中,该机构邀请各方就“在评估人员伤亡风险时,我们是否应该以全系统总体以及单颗卫星这两个层面为基础进行核算;如果应该,又需要以哪些指标来衡量并评估总体风险”这一问题参与讨论。讨论结果计划于2019年年初正式公布。

由于SpaceX公司截至目前仅推出了两款Starlink设计原型,因此其仍有时间根据法规对星座计划做出调整,从而规避可能出现的未来影响。

然而,留给他们的时间并不充裕——根据通信委员会方面的规定,SpaceX公司必须在最晚2024年11月之前结束其全部11927颗Starlink卫星中半数卫星的发射与运营周期。考虑到该公司计划于2019年开始正式进行卫星发射,可以想见,如今他们正在跟时间,或者说卫星的运营成本赛跑。

关注科技行者公众号

即将跳转至电脑版页面您确认跳转吗?
取消 跳转