2022年2月22日，SpaceX公司发表长文，阐述该公司星链（Starlink）卫星星座在设计、研发、部署、运行、和报废过程中，所采取的多种方法和措施，以维护空间环境的安全和可持续发展。

SpaceX公司在去年提交的由29,988颗卫星组成的第二代星链卫星（Starlink Gen2）星座，目前尚未得到美国联邦通信委员会（FCC）的批准。FCC正在征求各方意见，以最终确定是否批准该星座。2月8日，NASA曾向FCC提交报告，列举了SpaceX第二代星链卫星星座存在的7个主要风险点和问题。这次SpaceX的长文应该是对NASA报告的一种回应。

下面就是这篇名为《SpaceX公司实现太空安全可持续的方法（SpaceX's Approach to Space Sustainability and Safety）》的主要内容：

SpaceX表示该公司已经通过行动证明了对空间安全的承诺，并为此投资了大量资源，以确保该公司所属的运载火箭、航天器和卫星符合或超过空间安全法规的要求，并成为最佳实践，主要措施包括：

• 设计和建造高可靠、可操作的卫星，其可靠性已证明超过99%

• 在600公里以下的低轨道运行，以确保即使在卫星彻底失效的情况下也不会成为持久的太空垃圾

• 在卫星进入其运行轨道之前，将卫星发射到更低的初始轨道以验证其健康状况

• 与其他卫星所有者或运营商透明地共享轨道信息

• 开发先进的避碰系统，当遇到超过安全阈值的危险时，可采取有效行动

1、设计和建造安全、可靠、可销毁的卫星

① 设计和供应链

星链卫星的设计和供应链都具有高可靠性和冗余度，以实现卫星5年设计寿命。

② 建造和发射效率

严格的部件和系统级筛选和测试能够以非常高的速率可靠地建造和发射卫星。已经实现每周量产45颗卫星，一个月内发射240颗星链卫星的纪录。对于一个复杂的空间系统来说，这是一个前所未有的部署速度。

③ 卫星的可靠性

在部署了2000多颗卫星后，星链卫星的可靠性高于99%，升轨后卫星的失效率为1%。

④ 防止太空碎片产生的手段

• 卫星主动离轨设计

• 可控制的离轨过程

• 极低初始轨道

• 低运行轨道

• 自带避碰系统

• 小轮廓的卫星底盘以及碎片护甲

• 电池组防爆保护包

⑤ 主动脱离轨道

在卫星生命周期的最后几周主动脱离轨道。整个过程大约需要4周时间。为保证在尽量长的时间内保持卫星的受控离轨，SpaceX公司投入大量资金，开发出了低空、高阻力环境下的受控飞行技术，使卫星在离轨过程中有能力执行任何必要的机动，以进一步降低碰撞风险。

防患于未然。在卫星有失去机动性的危险时，主动脱离轨道，以防止报废卫星在轨道上堆积。尽管这是以失去原本健康的卫星为代价的，但这种积极主动的做法对提升空间可持续性和安全来说是必要的。

⑥ 重入大气层的解体设计

星链卫星在重新进入地球大气层时会全部烧毁，从而不会对地面上的人员或财产构成威胁。这种设计需要大量的工程资源的投资，除了增加成本，甚至会增加卫星的质量，比如星链卫星使用铝而不是复合材料包裹的燃料箱等压力容器。目前已经基于这种设计成功完成了200多颗卫星的安全脱轨。

通过建造可靠的、碎片最少化的卫星、有计划的主动脱轨、和完全可解体的设计，确保了空间的可持续性和安全性。

2、极低初始轨道

SpaceX通过将卫星部署到极低的初试轨道来进一步降低产生太空垃圾的风险。

目前星链发射入轨后的初试轨道低于350公里。在这样低的轨道任何无法通过初始检查的卫星，就可以利用自己的推进器或被动地通过大气阻力快速主动地脱离轨道。

无控状态下，轨道碎片的衰减周期图示

这种方法不但需要复杂的设计，而且也带来了一定的挑战。2月3日发射的一批48颗卫星，在200多公里的初始轨道，由于地磁风暴发产生的阻力，导致其中的38颗卫星提前脱离了轨道。尽管存在这些挑战，但SpaceX坚信，极低轨道入轨是确保低轨星座实现负责任太空运行的关键。

3、低于600公里的运行轨道

星链在600公里以下高度的“自清洁”轨道上运行，这意味着即使失去了机动能力的卫星也会在5到6年内因大气阻力而自然脱离轨道。这大大降低了轨道碎片持续存在的风险，也大大超过了FCC和国际标准所规定的25年留轨期。SpaceX公司认为25年的留轨期规定已经过时了。

SpaceX表示，其它几个商业卫星星座被设计在1000公里以上的轨道运行，如果航天器在脱离轨道之前失效或没有通过主动清除碎片机制脱离轨道，则需要数百年的时间才能自然脱离轨道。SpaceX公司同时表示希望在短期内开发出主动碎片清除技术。

轨道高度与轨道物体的密度分布图（这里美国列出了中国和俄罗斯进行反卫试验产生的空间碎片，但未标识其自身试验造成的碎片情况）

注：SpaceX 第一代星链卫星的运行高度为550公里，二代星链共29,988颗卫星，除了144颗和324颗星链，分别位于604公里和614公里的轨道平面上外，其它卫星全部部署在340-535公里高度的7个轨道平面上。

4、透明度和数据共享

SpaceX透明且持续地与政府和其他卫星所有者/运营商分享星链星座的轨道信息，包括所有卫星的高保真度未来位置和速度预测数据（星历表）。

SpaceX在Space-Track.org网站上分享了星历表，并鼓励所有其他运营商都这样做，这能够更准确及时地计算碰撞风险。

除此之外，SpaceX还自愿向FCC提供常规的系统健康报告。这些报告显示了我们星座的状态，包括我们卫星星座操作状态的概要，以及为减少与其他物体的碰撞概率而执行的机动次数。

5、自动防撞系统

SpaceX拥有从部署到报废处理的卫星高保真定位和预测数据，并与美国太空部队、LeoLabs公司和其他运营商分享，用于跟踪和避撞筛查。

星链卫星经常从卫星上的GPS向下传输精确的轨道信息。利用这些轨道信息，结合计划中的机动，来准确预测未来的星历，这些星历每天上传到Space-Track.org三次。

LeoLabs从Space- track.org上下载我们的星历表，并与美国太空部队的第18太空控制中队（ U.S. Space Force's 18th Space Control Squadron）一起对这些轨迹与其他卫星和碎片进行筛选，以预测任何潜在的碰撞。

这种碰撞风险信息将以连接数据信息(Conjunction Data Messages, CDMs)的形式传回SpaceX和其他卫星所有者/运营商，其中包括卫星状态矢量、位置不确定性、可操作性状态和所有者/运营商等信息。SpaceX将这些连接数据上传到适用的星链卫星上。

为了以一种可扩展的方式完成安全的太空机动，SpaceX公司已经为每颗卫星开发和装备了一种机载自动避碰系统，以确保它能够机动，从而避免与其它物体的潜在碰撞。如果碰撞的概率大于1/ 100,000（比行业标准的1/ 10,000低10倍），卫星将进行避碰机动，同时避免因机动增加与其它物体的碰撞风险。

星链卫星自动避碰组件

默认情况下，星链卫星将承担所有连接事件的机动责任。当收到与另一颗可机动卫星的高概率连接事件时，SpaceX会与该运营商进行协调。同时，SpaceX运营团队将全天候待命，协调并回应其他运营商的询问，可通过Space-Track.org网站获取紧急请求的联系信息。如果对方操作者愿意自己承担机动责任，则可以命令星链卫星在某一事件时不进行机动。

除了避免碰撞的机动之外，星链卫星还可以自动“躲避”连接点，使它们以尽可能小横截面的姿态朝着潜在连接点的方向，从而将碰撞概率再降低4-10倍。

根据太空法案协议（Space Act Agreement, SAA），SpaceX的避碰系统已经由NASA的连接评估和风险分析（Conjunction Assessment and Risk Analysis, CARA）项目进行了充分的审查，根据该协议，NASA依靠该系统来避免与NASA的科学航天器发生碰撞。

SpaceX卫星的飞行路径设计避开了国际空间站（ISS）和中国空间站（CSS）等有人居住的空间站。目前SpaceX直接与NASA合作，接收国际空间站的机动计划，远离当前和计划的轨道，包括推进过程。中国未公布计划中的机动，但SpaceX根据公开的可获得的星历表，进行与国际空间站一样的处理。

从2月12日开始，我国已经通过载人航天工程办公室官网每日发布中国空间站TLE轨道参数。

最后，SpaceX敦促所有卫星所有者/运营商在可持续性和安全性方面进行类似投入，并使其运营透明化，鼓励所有所有者/运营商生成高质量的传播星历和协方差。并建议由美国太空军第18空间控制中队进行筛选（美国正计划将隶属于太空军负责空间态势感知的第18空间控制中队的职能转移到民用部门），并公开与他人分享这些信息，以最大限度地协调，确保未来可持续和安全的空间环境。

SpaceX认为，空间可持续性是一项技术挑战，可以通过适当评估风险、交换信息以及适当实施技术和业务控制来有效地加以管理。通过共同努力，就能确保人类世世代代都能利用和探索太空。

小 结

虽然文中提到的很多管理规则的闭环，尚局限在美国政府、太空军和SpaceX公司等所组成的本国相关利益干系人的范围。但是，这些方法和措施对于目前正在或即将开展大型低轨卫星星座开发的国家和公司具有较为现实的借鉴意义。对于形成与时俱进的国际太空运行准则也具有一定的示范作用。

除了避免碰撞的机动之外，星链卫星还可以自动“躲避”连接点，使它们以尽可能小横截面的姿态朝着潜在连接点的方向，从而将碰撞概率再降低4-10倍。