美国卫星发表论文

SpaceX3万颗卫星引各方争议

SpaceX3万颗卫星引各方争议，截至去年11月，已经发射升空的星链卫星的数量已经达到了1791颗，整个星链计划的卫星总量是42000颗。SpaceX3万颗卫星引各方争议。

要问全球最知名的私营航天公司，大多数人都知道的那家，一定就是 SpaceX 了。

SpaceX 的名字是个简写，它的全称是 Space eXploration（太空探索）。

这家公司算是占了个好名字，然而，它在整个太空探索领域和行业里的名声，却反而越来越差了……

怎么会这样？

作为目前全球发射能力最强的私营航天公司，SpaceX 几乎以一己之力，揽下了美国等世界多国大量的政府和私营公司发射任务。就连美国政府都把以前“国营”的发射台资源，打包交给了 SpaceX 去运营。

如果没有这家公司，太空探索将失去一个重要的交通工具提供者。按理来说，大家都应该尊重 SpaceX 存在的价值才对，然而在一些太空观测者的眼中，SpaceX 简直是“乱来”。

在他们观测太空拍下的照片当中，有越来越多的 SpaceX 星链卫星强势“抢镜”。

最近，来自全球多家天文观测机构的科学家，联合发表了一篇通讯论文，痛陈 SpaceX 星链卫星给他们添的乱。文章指出，近年来星链卫星所污染的观测照片比例，已经占到了整个照片库的将近两成水平，增幅高达35倍。

一、总在关键时刻抢镜

来自美国政府、欧洲天文台、华沙大学、加州理工、UC伯克利等多机构的科学家，最近在太空探索核心期刊《天文物理期刊》的通讯专栏发表了这样一篇通讯论文：《SpaceX 星链卫星对于茨威基瞬变设施观测结果的影响》。

备注：茨威基瞬变设施（ZTF）是专门用于观测瞬变天文事件（transient astronomical events）的观测设施，位于南加州圣迭戈 Palomer 天文台，由加州理工运营。瞬变天文事件指持续时间很短（几秒到几年）的天文事件，如引力波事件、伽马射线爆发等。

科学家们提取了 ZTF 从2019年11月到2021年9月观测拍摄的大量天文照片，对其进行分析发现了这样一个令人担忧的问题：

在将近两年的时间里，ZTF 观测照片中总共出现了超过5300条星链卫星的轨迹。

下图为加州理工发布，展示的是在去年5月用 ZTF 望远镜对仙女座星系拍摄的结果。可以看到，一条很长、很亮的轨迹线直接划过了照片，对于观测主体产生了显著的污染。

图片来源：加州理工

值得注意的是，该图展示的只是 ZTF 高达47°视场的1/16而已。在整个画幅上，还有更多的星轨污染。

科学家们还发现，随着 SpaceX 加速推进星链计划，在轨卫星数量快速增加，这些卫星对 ZTF 观测结果带来的污染比例也有了显著的提高。

在2019年底，ZTF 的曙暮光观测（twilight observation）照片结果中，只有0.5%遭到星链卫星轨迹的污染。

而到了2021年8月，污染照片的比例已经提升了35倍，达到约18%。

下图中，红线为 SpaceX 在轨星链卫星的数量，蓝柱为同期 ZTF 受污染照片的数量:

论文作者特别提到，近地面轨道上大量星链卫星的存在，对于曙暮光观测产生了严重的污染。

天文学的曙暮光（astronimical twilight）指的是清晨和黄昏时，太阳的高度在地平线下12-18°之间，由高层大气散射进入低层大气的阳光。此时段，天空不再被太阳照亮，方便对一些关键天体进行观测，甚至一些天体都可以肉眼看到。

短暂的曙暮光时段，对于发现和观测近地物体（NEO）来说非常重要。NEO 可能包括彗星、流星，以及对地球存在潜在威胁的天文物体。2020年曾经有一枚直径超过1公里，运行轨道完全在金星轨道以内的小行星，就是 ZTF 在曙暮光时段观测发现的——这些观测活动，对于保护地球和其上的生命非常关键。

然而，曙暮光时段，恰好也是星链卫星对天文观测的污染最严重的时段。

论文作者指出，由于星链卫星属于低地球轨道卫星，在靠近地平线的位置，以及在曙暮光时段，这些卫星投射到地面的表面密度（projected surface density）是最高的，即对天文观测带来不成比例的影响。

论文作者也引用了其它科学家的模型推演：在可观测到的低地球轨道卫星当中，大约90%都会聚集在靠近地平面（30°以内）的天空。这些卫星因为太阳光折反射，显著提高了亮度，干扰了曙暮光时段的天文观测。它们的亮度只有在太阳落山后/升起前较长的一段时间里才会降低。

而星链卫星又是目前所有低地球轨道卫星当中数量最多的一套系统，也就成了曙暮光时段天文观测的污染源之首。因此很多地面天文研究人员和观测爱好者都对SpaceX 表达了不满。

不过，论文作者也表示：仅就数据来源的 ZTF 一家来看，其正常的科学观测活动目前还没有受到星链轨迹污染特别显著的影响。

但是考虑到 SpaceX 已经获得美国通讯监管机构 FCC 批准发射更多的卫星，如果未来真的按照该公司的计划，星链网络的卫星总量增加到1.2万颗（目前数量的7倍）的话，后果真是不堪设想。

论文作者估计，当星链系统的卫星数量达到1万颗时，ZTF 所有的天文观测照片都将被星链卫星的轨迹污染——注意，是所有的照片，也即污染比例将会是100%。

更别提，在1.2万的当前计划基础上，SpaceX 还已经向美国政府提交了新的计划，还将发射额外3万颗卫星。到时候，所有基于地面对太空的观测，都将不可避免遭到污染。

夸张一点来说，茫茫众多的星链卫星的存在，将对人类发现和预防近地物体威胁带来更大的障碍。

星链卫星的轨迹出现在太空观测红外照片中 图片来源：美国宇航局观测实验室

二、SpaceX 并非没有努力改正

2019年5月，SpaceX 发射了第一批星链卫星。当时，对于大量低地球轨道卫星对天文观测带来的污染，天文学群体就已经表达过担忧。

不过，考虑到星链依附的联邦通讯监管部门 FCC 实权更大，再加上 SpaceX 在航天行业的话语权又高，这些担忧几乎没有对星链的推进带来阻碍。并且，FCC 后续还多次批准了 SpaceX 增加星链卫星数量的计划。

（如果读者朋友最近看过 Netflix 上的电影《别抬头》Dont Look Up 的话，应该记得片中掌权者和科技富豪们对于天文学专家的意见有多么轻视。现在看来这一剧情并非虚构的讽刺，只是对现实的描绘而已……）

《别抬头》剧照 图片来源：Netflix

论文提到，截至去年11月，已经发射升空的星链卫星的数量已经达到了1791颗：其中124颗已经坠入大气层退役，在轨的卫星数量达到1667颗，正常工作中（能够为地面提供互联网服务）的卫星数量为1468颗。

数字仍在飞速增长，原因就在于 SpaceX 每次发射星链卫星上天都不是一颗一颗，而是可以一批一批地发射。每批的数量通常在48到53颗卫星之间，而 SpaceX 猎鹰9号火箭最大负载是60颗。仅今年 SpaceX 的.前两次发射任务，就将把在轨星链卫星的数量增加到接近2000颗。

根据 SpaceX 已经披露和提交到监管部门的方案，整个星链计划的卫星总量是42000颗。

发射负载模式叠放的星链卫星 图片来源：SpaceX

作为当今私营航天行业的绝对领导者，SpaceX 的持续运营和增长过程当中，不可避免要和整个天文学科研群体打交道。

其实，该公司也做出过一些努力，尽量减少星链卫星在天空中的可见性，降低其存在对地面天文观测的影响。

2020年4月，SpaceX 在其官网上公开发文，表示已经就卫星对天文观测干扰的情况和美国国家科学院的专家进行了会谈。该公司表示将对未来发射的星链卫星进行技术改造，采用暗色涂层，以及在卫星最亮的部分安装一套可展开的遮罩，从而降低卫星在天文观测中的反照率。

从2019年11月开始，SpaceX 开始采用 V1.0 版本的星链卫星（虽然版本号是1，这并非 SpaceX 发射上天的第一版卫星）。这一代的卫星当中有一颗名为 DarkSat，在外壳表面采用了特殊的暗色涂层来降低反照率。

不过遗憾的是，这种涂层后来被发现导致卫星吸收了过量的可见光辐射，并且会反射过量红外线，导致严重的过热问题。结果，DarkSat 方案很快就被弃用了。

少数 V1.0 系列的卫星，以及后续 V1.5 系列的卫星中，增加了一个可部署展开和收回的暗色遮罩（见下图），用于替代之前失败的涂层方案，名为 VisorSat。原理上，在卫星对天文观测影响最大的时段，这些遮罩可以展开，过了时段再收回即可。

前述通讯论文指出，这套采用遮罩的方案对于降低关键时段卫星的可见性效果是比较明显的，然而可能因为机械故障问题，近期发射的一些星链卫星并没有安装遮罩，或者安装了但并未展开过。

SpaceX 在官网上宣称，公司正在和一些知名的天文学协会和研究机构合作，进一步探明卫星对天文观测的影响，并且及时部署解决方案。

然而，从前述这篇刊登于今年1月的通讯论文提供的观测数据来看，SpaceX 的这些努力并没有什么实际效果——反倒是，一边问题还没有得到解决，一边 SpaceX 还在继续加大在轨星链卫星的数量。就在上周四2月4日，SpaceX 刚刚发射了今年的第二批星链卫星，共49颗。

“鉴于在轨星链卫星的数量逐渐增长，受到其轨迹影响的观测照片，数量增长的速度也令人警醒，”论文写道，“我们将持续对北半球天空进行观测，并预计将会记录到额外数以千计的卫星轨迹。”

据报道，美国国家航空航天局（NASA）对SpaceX为其“星链”部署约3万颗卫星的计划表示担忧，此外还有一些大公司也对此事忧心忡忡。

埃隆马斯克的太空探索技术公司SpaceX此前获得了约1.2万颗卫星的部署授权，可以为用户提供宽带互联网服务，并已请求授权建设由3万颗卫星组成的第二代卫星星座。

NASA在联邦通信委员会（Federal Communications Commission）的报告中写道：“NASA担心，关联事件的频率可能会显著增加，并可能对美国航空航天局的科学和载人航天任务产生影响。”

NASA指出，目前在轨跟踪的物体总数为2.5万个，其中600公里以下的约有6100个。这份报告指出，SpaceX的第二代（Gen2）星座扩展“将使轨道上的跟踪物体数量增加一倍以上，并使600公里以下的物体数量增加5倍以上。”

哈佛-史密森尼天体物理学家Jonathan McDowell是美国天文学会研究卫星对天文学影响小组的成员之一，他表示：“我们一直担心大量的卫星会干扰天文观测……我认为，我们需要在几千颗操作卫星方面多积累一点经验，然后才能慢慢提升到数万颗卫星的规模。”

SpaceX公司没有立即回应置评请求。

1月15日，马斯克发推文称，SpaceX有1469颗星链卫星处于活动状态，272颗卫星即将进入运行轨道。

亚马逊（Amazon.com）承诺将斥资至少100亿美元，通过柯伊伯项目（Project Kuiper）建造3236颗这类卫星。该公司和Dish Network 分别向美国联邦通信委员会（FCC）就SpaceX的计划提出了担忧。

亚马逊表示，根据SpaceX的申请，“至少有数百颗——甚至可能超过1万颗——SpaceX卫星可以在与柯伊伯系统相同的高度运行。”

它警告称“这种轨道重叠的影响将极大地增加柯伊伯系统的风险和其他负担”，并要求FCC强加对该项目的“合理的条件”。

尽管部署成本极高，但卫星技术可以为生活在农村或光纤电缆和手机信号塔无法到达区域的居民们提供高速互联网服务。当飓风或其他自然灾害破坏通信时，这项技术也可能成为关键的后盾。

据媒体报道，美国国家航空航天局(NASA)致信联邦通信委员会(FCC)，对太空探索技术公司SpaceX的第二代星链计划表示担忧。

埃隆·马斯克旗下的SpaceX此前已经获得了约1.2万颗卫星的授权，并且已向FCC请求授权发射二代星链系统，将再发射约3万颗卫星。

NASA在信中写道，该机构担心随着星链计划部署的卫星数量增多，碰撞事件的概率可能会显著增加，从而对NASA的科学和载人航天任务产生影响。

NASA援引数据称，目前跟踪的环地轨道上的物体总数为2.5万个(包括卫星和各类太空垃圾)，而SpaceX的二代星链计划将使轨道上的跟踪物体数量增加一倍以上。

美国天文学会天体物理学家Jonathan McDowell表示：“我们一直担心大量的卫星会干扰天文观测，我认为，我们应在操作数千颗卫星方面多一些经验后，再考虑提升到数万颗。”

马斯克上月曾在推特上透露，SpaceX目前有1469颗卫星处于活动状态，272颗卫星即将进入运行轨道。

此前，SpaceX的竞争对手亚马逊也表达过类似担忧，亚马逊向FCC抱怨称，星链的卫星可以与柯伊伯系统(亚马逊的卫星项目)在相同高度运行，轨道重叠的风险将极大增加柯伊伯系统的风险和其他负担，并要求FCC强加合理的条件。

值得一提的是，太阳风暴等外部不可抗力的事件发生，亦将给SpaceX的星链计划带来不小的隐患。

SpaceX当地时间周三发布公告称，该公司2月3日发射了49颗卫星，但由于第二天遭遇太阳风暴的袭击，多达40颗卫星因风暴而丢失，在地球大气层中燃烧殆尽。

高杏欣，哈尔滨人，本科毕业于清华大学，后获得斯坦福大学博士学位。她是一个有争议的人物，因为她曾破解了北斗系统的机密，却将成果送给了美国。

1997年，高杏欣考上了清华大学精仪系。本科毕业后，她又在本校攻读电子工程专业，后进入斯坦福大学电子工程系就读。她在卫星导航领域，做出了巨大的贡献。高杏欣专注于研究新型全球导航卫星系统所使用的信号和接收机。她是首个破解伽利略试验卫星和北斗一代地球中轨道卫星，所使用的编码规则的人。

2005年10月，欧洲人发射了伽利略系统的首颗试验卫星，也就是GIOVE-A，该卫星的信号于次年1月被激活。几个小时之内，格蕾丝和实验室里其他的工作人员一同捕捉了三个波段上的新民用信号。几周后，独立工作的格蕾丝破解了GIOVE-A用于生成编码的底层算法，并对三个波段上使用的频率进行解码。

2007年，我国发射了属于北斗一号系统的首颗地球中轨道卫星——M1卫星。格蕾丝在原先取得的成功技术基础上，解调了这颗M1卫星上所有民用码广播的三个波段频率，还将这些伪随机数码应用于一个软件接收机中获取并跟踪北斗-M1卫星。

2008年4月，欧洲再次发射了伽利略系统的另一颗试验用原型卫星。而格蕾丝再次在第一时间内，破解了该卫星的底层编码生成器。格蕾丝在美国发表了16篇高质量论文，其中包括我国北斗二代定位导航卫星的信道编码规则，随后又发表了多篇高水平的论文，获得了美国航空无线电委员会的表彰。这位格蕾丝的真实身份，就是毕业于清华大学的高杏欣。

消息传到国内，国民非常愤怒，骂声一片，认为高杏欣忘了本。有人说高杏欣在清华大学念书时，就曾参与过北斗项目。对此，中科院最年轻的博导徐颖在一次演讲中做出了回应。她说高杏欣破解的知识北斗民码上的一位伪码序列，民码并没有什么特殊设计，因为北斗民码是为全世界服务，但高杏欣的研究造成的影响还是有的。

受到高杏欣事件的影响，其父高德林原为黑龙江省公安厅的常务副厅长被免职。而她自己，俄媒报道在2019年时被华盛顿的科技公司解雇了。更有传闻说，她被辞后想要回中科院发展。不过，这些消息是否真实，不得而知。

后来这名女孩直接被我们国家拉入了黑名单，并且在我们国家也受到了很多网友的谴责。

加利福尼亚州新兹威基瞬态设施的研究人员分析了 SpaceX的 星链卫星 星座 对地面天文观测的影响程度。结果好坏参半。 这篇新论文发表在《天体物理学杂志快报》上，由前加州理工学院博士后学者 Przemek Mróz 领导，提供了一些好消息和一些坏消息。好消息是，星链目前并未给使用新兹维基瞬态装置(ZTF) 的科学家带来问题，该设施位于圣地亚哥附近的加州理工学院帕洛玛天文台。ZTF每两天 使用光学和红外波长波段扫描一次整个夜空，以检测天体的突然变化，例如以前看不见的小行星和彗星、突然变暗的恒星或碰撞的中子星。 但这并不意味着从低地球轨道提供宽带互联网的 星链卫星没有产生影响。这项新完成的成果研究了2019年11月至2021年9月的 历史 数据，发现直接产生于 星链 的 5,301 颗卫星条纹。“这毫不奇怪，随着 SpaceX 部署更多卫星，受影响的图像数量随着时间的推移而增加，但到目前为止，ZTF 的观测业务尚未受到卫星条纹的严重影响，尽管在分析图像观察到卫星条纹数量有所增加的时期，”天文学家在他们的研究中写道。 坏消息与未来形势有关，庞大的卫星 星座 将如何影响未来几年的天文观测，尤其是在黄昏时分进行的观测。事实上，受 星链影响最大的图像是在黎明或黄昏时拍摄的。在 2019 年，卫星条纹在所有暮光图像中不到 0.5%，但到 2019 年 8 月，这一比例已上升至 18%。星链卫星在大约 550 公里的低轨道运行，导致它们在日落和日出时反射更多的阳光，这给黄昏时观测的天文台带来了影响。 天文学家在黎明和黄昏时进行观测，以寻找从我们的角度来看可能出现在太阳旁边的近地小行星。两年前，ZTF 天文学家使用这项技术探测到2020 AV2——第一颗完全在金星轨道内的小行星。新论文中表达的一个担忧是，当 星链达到 10,000 颗卫星时（SpaceX 预计到 2027 年将实现这一目标）在帕洛玛山天文台拍摄的所有 ZTF 图像都将包含至少一个卫星条纹。1月18日发射猎鹰 9 号火箭之后，星链 星座 将由2,000 多颗卫星组成。 波兰华沙大学的 Mróz 表示，他“预计 星链卫星不会影响非暮光图像，但如果其他公司的卫星 星座 进入更高的轨道，这可能会导致问题用于非暮光观察。” 例如，由英国一网卫星 星座 将在1,200 公里的运行高度运行。 研究人员还估计了由于单个卫星条纹而丢失的像素比例，发现它并不大。” 不大是指单个 ZTF 图像中所有像素的 0.1%。也就是说，“仅计算受卫星条纹影响的像素并不能捕捉到问题的全部，例如识别卫星条纹并将其掩盖所需的资源，或者错过第一次检测到物体的机会，”科学家写道. 事实上，正如加州理工学院的天文学家和该研究的合作者托马斯·普林斯在文章中指出的那样，存在很小的机会，即“我们会错过隐藏在卫星条纹后面的小行星或其他事件，但与天气的影响相比，例如多云的天空，这些对 ZTF 的影响相当小。” 科学家们还研究了 SpaceX 为降低星链卫星的亮度而采取的措施。这些措施于 2020 年实施，包括防止阳光过多照射卫星表面的遮阳板。这些措施已将 星链卫星的亮度降低了 4.6 倍，现在的亮度为 6.8 等（最亮的恒星以 1 等亮度发光，而人眼看不到更暗的物体6.0)。 目前的研究仅考虑了 星链对新兹维基瞬态装置的影响。每个天文台都会受到星链和其他卫星的不同影响，包括即将到来的薇拉.鲁宾天文台，预计它将受到庞大卫星 星座 的严重影响。由于无线电干扰、幽灵般的伪影的出现以及其他潜在问题，预计其他天文台也会遇到问题。