【企业社会责任与可持续发展】| CSR & Sustainability
独立媒体人（Jointing.Media）一白，上海，2024-12-17
据彭博社报道，SpaceX和投资者同意以每股185美元的价格，从内部人士手中收购12.5亿美元的股票，此次交易将SpaceX的估值推至约3500亿美元（约合人民币25000亿元），一举成为全球估值最高独角兽企业。
随着SpaceX不断部署星链卫星，低地球轨道（LEO）的卫星数量激增，这不仅对全球通信网络产生了巨大影响，也对太空环境带来了新的挑战。美国联邦航空管理局（FAA）在一份报告中指出，低地球轨道上的大规模星座可能会增加地球和航空领域因再入碎片带来的风险。该报告特别提到SpaceX，认为其贡献了预期风险的85%以上。
最近发表在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上的一篇论文显示，卫星再返回大气层时，会损失51%到95%的质量。但这些质量不是凭空消失了，而是在剧烈的摩擦中，成为了漂浮在大气层中的颗粒物。这些颗粒物可能会对地球高空环境造成威胁，消耗臭氧，延缓臭氧空洞的恢复。
马斯克的星链背后蓬勃发展的卫星产业，可能影响或者威胁到全世界的人。
卫星产业发展迅猛，SpaceX一骑绝尘
从天气预报到导航，卫星是我们所依赖的许多系统的重要组成部分。自1957年前苏联把世界上第一颗人造地球卫星送入太空，到2023年底，全球累计实施6572次发射任务。2024年，就发射了231次，是过去60年平均发射数量的2倍多。其中，一半的发射任务由SpaceX完成。
2023年全球卫星产业的总收入约达到2853亿美元。Payload Research预计，SpaceX 2023 年收入为87.21亿美元，其中发射收入35.09亿美元，星链收入41.78亿美元，其他收入10.34亿美元。星链收入首次超过发射收入，成为最赚钱的业务。
星链Starlink已开通70个国家，2023年底已超230万活跃用户，远高于2022年底的100万，破天荒实现了可观的盈利。星链营收从2022年的19亿，猛增至2023年的42亿，需求远超预期，预计2024年将突破100亿美元。
2024年以来，SpaceX持续加快“星链”部署进程，由2023年平均每5.8天发射一批，缩短至4.1天发射一批。截至2024年11月，SpaceX在低地球轨道上拥有7213颗星链卫星，占全球在轨卫星总量超60%。且，美国联邦通信委员会（FCC）已批准星链计划在2027年之前部署1.2万颗卫星。整个星链计划的总卫星数是4.2万颗。
SpaceX在轨道上的4216颗Gen1航天器设计寿命约为5年。SpaceX声称，之后将使用卫星上的推进系统将其从约 550 公里高度的工作轨道降低，并在大气阻力的作用下，像流星一样燃烧殆尽，避免砸在人们的屋顶。研究大气的科学家们对于这种在大气层内燃烧卫星而销毁卫星的方式提出了质疑，他们认为这会加剧全球变暖。最近，一个团队意外的在平流层中找到了不少对臭氧层有害的金属，而平流层是臭氧的形成地。
退役卫星将持续破坏臭氧层
平流层的臭氧水平会处在一种动态平衡中。臭氧层可以阻挡太阳辐射中有害的紫外线，在此过程中，它也可能会被分解成氧气分子。但人类的干扰会破坏这种平衡，比如向大气中排放的氟利昂。自1987年全球多国签署《蒙特利尔议定书》（Montreal Protocol），停止使用氟利昂作为制冷剂以来，臭氧层已经开始逐步恢复。
但越来越多的卫星正在改变这种情况，成为一个令人担忧的污染源。根据欧洲航天局太空碎片办公室（SDO）资料显示，截止2020年2月，有大约3200颗失效卫星，而在此之后仅星链计划一个项目的故障失效卫星，可能就达到了人类几十年失效卫星总数的12–38%。哈佛-史密松天体物理学中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的天文学家乔纳森・麦克道尔（Jonathan McDowell）对照了SpaceX和美国政府的数据后，推测目前已发射上天的星链卫星中，有大约3%可能已失效。
未来计划发射的卫星总数可能超过10万颗，无论按按3%还是1%的故障率算，失效卫星都是一个庞大的数字。
国际准则建议，一旦卫星达到其使用寿命，它应在25年内重新进入大气层，以尽量减少与其他卫星相撞的风险。一般来说，卫星质量的1/3都是铝。当卫星再入大气层时，高温高速气流摩擦产生的铝金属颗粒会和周围的氧气反应生成氧化铝纳米颗粒（AlO）。这些是已知的氯活化催化剂，会消耗平流层中的臭氧。
研究报告指出，一颗典型的250公斤重的退役卫星会产生大约30公斤的氧化铝纳米粒子，这些纳米粒子可能会在大气中存在数十年。据估计，2022年重返大气层的退役卫星产生的氧化铝化合物约为17吨，比自然水平高出29.5%。涉及巨型星座的再入情景表明，每年有超过360吨的氧化铝化合物，这可能导致严重的臭氧消耗。
下个世纪低地球轨道上的物体数量将增加两倍。研究人员预测，如果这个问题得不到解决，未来几十年臭氧消耗水平可能会大幅上升。
氧化铝颗粒在超过距离地面80公里的高空产生，需要30年才能降落到地球臭氧主要分布的距离地面10～50公里的平流层。
太空垃圾威胁航天工业的可持续发展
据美国太空新闻网10月21日报道，美国的一颗重达6600公斤的通讯卫星Intelsat 33e突然解体，天文学家乔纳森·麦克道威尔（Jonathan McDowell）指出，这次解体的原因可能是与太空中的其他碎片碰撞所致，也可能是卫星内部推进系统的爆炸所导致。
空间碎片是人类空间活动的产物，主要包括在轨运行或再入大气的无功能的人造物件及其残块和组件，也被称作太空垃圾，主要分布在距离地面2000公里到36000公里之间的空域。其中，任务碎片占13%，火箭残骸占17%，失效航天器有22%，解体碎片即航天器爆炸或相互碰撞产生的碎片占43%。从轨道分布来讲，空间碎片主要分布在三个区域，即2000千米以下LEO(近地轨道)区域、20000千米中高轨区域、36000千米地球同步轨道区域，其中600—1000km这个区域分布最密集。
据欧空局统计，从1957年至2021年1月，人类送入地球轨道的卫星超过10000颗。这些卫星中，约有6250颗卫星仍然在轨，其中约有3600个仍在工作。截至2020年1月，目前被空间碎片监测网络定期跟踪、编目的碎片超过28000个，近地轨道人造物体的总质量超过了9200吨。欧空局目前追踪了 34,000 多个大于 10 厘米的物体，但实际上，还有数百万个较小的碎片。据估计，地球轨道上有超过 1.3 亿个小于 0.4 英寸（1 厘米）的碎片，其中许多碎片仍未被当前的监测系统发现。
太空中物体的数量和多样性对未来太空任务的安全性和可持续性构成了重大挑战。自1999年以来，国际空间站已经改变航向超过25次以避免太空碎片。然而，一些碎片仍然与国际空间站发生碰撞。到2019年，有超过1,400颗流星体和轨道碎片记录在国际空间站撞击。特别是低地球轨道 (LEO)，有数千个物体以超过每小时 28,000 公里1（每小时 17,500 英里）的速度飞行。速度极快，活跃的卫星和航天器与小至1厘米的碎片相撞可能会导致灾难性的破坏。空间碎片平均撞击速度每秒10公里，因此，厘米级碎片产生的动能就相当于一辆小轿车以五六十公里的时速撞上卫星，其危害可想而知。
历史上最重大的太空碎片事件之一是2007年中国反卫星导弹试验，该试验故意摧毁了风云一号气象卫星，产生了数千块碎片。2009年，废弃14年的宇宙2251和在役的铱星33两颗卫星在轨道上发生碰撞。这是首次两颗在轨卫星相撞。碰撞发生的相对速度约为每秒11公里（25,000 英里/小时），两颗卫星全毁，共产生超过2200个新的空间碎片。
这些事件提高了人们对凯斯勒效应(Kessler syndrome)日益严重的威胁的认识。随着太空中物体数量的增加，尤其是 SpaceX 的 Starlink 和 OneWeb 等卫星星座的激增，凯斯勒效应的风险也越来越真实。虽然这些星座提供了至关重要的全球通信服务，但它们也加剧了本已拥挤的轨道，增加了发生碰撞的可能性。商业企业、政府项目和私营公司推动的太空任务数量不断增加，会加剧这一问题。
太空垃圾管理任重而道远
1993年，世界主要航天国家成立了机构间空间碎片协调委员会(Inter-Agency Space Debris Coordination Committee，IADC)，作为成员机构间交换空间碎片研究信息、推进空间碎片方面合作等活动的政府间平台。中国于1995年正式加入IADC，目前IADC成员国已经有12个，几乎涵盖世界主要航天国家。2002年4月，第20届IADC会议正式通过了《IADC空间碎片减缓指南》要求各国制定政策保证在今后的航天活动中能够有效控制空间碎片的大量产生。要求“一个组织在规划和运行空间系统时，从任务需求分析和定义阶段开始就应采取系统性行动，通过将空间碎片减缓措施引入空间系统的寿命周期来减少对轨道环境的不利影响 ”。
本世纪以来，包括中国在内主要航天国家发射的多个试验航天器都涉及和减少太空碎片相关的技术，比如太空目标的捕捉或非合作对象的对接。最近几年，针对真实航天器或太空垃圾的轨道转移行动逐渐成为现实。
2020年2月。美国发射一颗MEV（任务扩展器）卫星在墓地轨道和已经退役的Intelsat 901通信卫星成功对接。这颗卫星被拖回地球同步工作轨道并于4月2日开始重新工作。五年后，当MEV携带的推进剂临近耗尽，MEV将会再次把卫星拖至墓地轨道，最后自己降轨再入大气层。2021年4月，第二颗MEV卫星对Intelsat 10-02实施了类似的“复活”操作。
2022年1月，中国实践21号卫星成功捕获了失效的北斗G2卫星，并成功将其送入“墓地轨道”（远离拥挤的地球同步轨道、更高的永久性轨道）。完成任务后，实践21号随即返回到地球静止轨道。
目前，针对空间碎片的应对措施主要集中在四个方面：监测和预警、碰撞规避和防护、离轨和弃置策略以及主动清除。
太空垃圾监测主要依靠地面雷达和光学传感器，它们可以跟踪大于 10 厘米的物体。地面跟踪领域最重大的进步之一是太空篱笆，是美国军方跟踪和监测太空垃圾努力的重要组成部分。太空篱笆旨在探测和跟踪LEO上最小1厘米的物体，这种下一代 S 波段雷达系统预计将使可跟踪的物体数量从大约 23,000 个增加到超过 200,000 个，是美国空军运营的最先进的雷达系统。
其他地面系统也在升级，以改善对较小碎片的跟踪。澳大利亚等地的光学跟踪系统也在得到改进，这些光学系统使用望远镜和照相机捕捉太空物体的图像，从而可以更精确地跟踪雷达无法探测到的高空微小物体。
碎片追踪技术中最有前景的进步之一是Arcsec。据报道，比利时公司 Arcsec公司开发了一种创新系统，扩展了星体追踪器的功能，使其能够探测到小至1英寸（2.5 厘米）的太空碎片。Arcsec 的碎片跟踪系统可以改装到已经在轨的现有卫星上。这意味着目前运行的卫星可以配备该技术，而无需重新发射，从而有助于扩大太空中的碎片传感器网络。 Arcsec的技术已经在全球销售了约 50 台星体跟踪器，有望成为太空碎片监测生态系统的重要组成部分。Arcsec 的系统还可以与现有的卫星基础设施集成，而无需进行大修，使其成为一种高效且经济的解决方案。
主动碎片清除 (ADR) 系统和改进的防撞技术的发展也至关重要。诸如欧空局预算1.2亿美元的 ClearSpace-1 任务等旨在捕获和脱离轨道的报废卫星的项目。然而，这些系统仍处于试验阶段，大规模部署将需要数年时间才能实现，更何况任务的部署到实施的周期长，变数多。据悉，欧空局的 ClearSpace-1 任务目标被其他碎片击中，恐怕原定计划将无法实施。
近年来，太空探索加速，地球轨道变得越来越拥挤，太空垃圾的挑战将持续增长。需要更全面的空间碎片管理方法，包括更好的国际合作、更严格的监管以及跟踪、减缓和清除碎片的创新技术，确保太空活动的持续安全和可持续性。 然而，知易行难。轨道资源和频率资源稀缺，且事关国家安全，在“先到先得”的机制下，各国争先恐后的发射卫星、抢占轨道。在此背景下，SpaceX发射的卫星越多越快，未来产生的太空垃圾就愈多，而回收一颗报废卫星的费用可能远大于其“在岗”时所贡献的价值，作为商业企业，目前的确没有任何动力和实力在卫星回收上加大投入。
参考其他行业的历史，也许只有当太空垃圾将严重影响各方利益之时，情况才会有所改变。也许，那时的太空垃圾回收也许能像电子垃圾回收一样，发展成一个的新的充满商机的领域。
希望在量子计算、数字孪生及AI等新技术的应用和普及下，我们可以将头顶上的这个威胁挡在门外，防患于未然。
编者注：
1.物体紧贴地球表面作圆周运动的速度是第一宇宙速度，为7.9km每秒，也是人造地球卫星的最小发射速度，也是最大绕行速度。
2.1978年美国航天局(NASA)约翰逊航天中心(Johnson Space Center)的科学家Donald Kessler与同事提出了几点关于未来空间碎片演化的预测，被称为凯斯勒效应(Kessler syndrome)。他预测，如果特定轨道上的物体密度达到某个阈值，就会发生连锁反应。在这种情况下，每次碰撞都会产生更多的碎片，从而导致更多的碰撞，形成一个自我延续的循环。随着时间的推移，这可能会使某些太空区域无法用于新的任务，严重阻碍太空探索和卫星运行。
参考资料：
- https://news.bloomberglaw.com/capital-markets/spacex-share-sale-is-said-to-value-company-at-about-350-billion
- https://physicsworld.com/a/satellites-burning-up-in-the-atmosphere-may-deplete-earths-ozone-layer/
- https://mp.weixin.qq.com/s/z_9tI9n2SHjWlYxIPwLRXQ
- https://www.sciencetimes.com/articles/27879/20201026/experts-reveal-that-3-of-spacexs-starlink-satellites-have-failed-in-orbit-so-far.htm
- https://ccaf.casicloud.com/news/1788.html?id=803?code=24164
- https://starwalk.space/zh-Hans/news/space-junk#%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E6%9C%89%E5%A4%9A%E5%B0%91%E5%9E%83%E5%9C%BE
- https://www.nasachina.cn/info/13036.html
- https://xueqiu.com/2080365279/281326110
编辑：Wind
插图：摄于新墨西哥州卡森国家森林（提供：M Lewinsky/CC BY 4.0）
