长征六号甲遥21火箭出了个不大不小的麻烦:在8月6日成功发射首批18颗“千帆星座”G60星链卫星之后,它的末级在距地面810公里高度的轨道上发生了爆炸解体,而这已经是长六甲末级第4次意外解体了。据一家宇宙碎片数据观测公司LeoLabs的测算,此次爆炸产生了至少700块碎片,实际的碎片数量很可能超过了900块。
庆幸的是这次爆炸并不是在卫星发射过程中发生的,而是长六甲释放了全部18颗载荷卫星之后,在钝化过程中解体,因此暂时并没有对那18颗卫星产生影响。那么这些卫星是不是从此就能万事大吉了?
还真不是,它们只是暂时安全,并不能保证一定不会撞上碎片。这是因为此次解体产生的碎片数量相当庞大,轨道也在不断变迁,保不齐哪天会有一块撞上处于同一轨道面上的卫星。
而且千帆星座可不是只打18颗卫星就了事,将来还会发射1.4万颗之多,所以又被称为“中国版星链”。将来这个轨道面上会挤满卫星,到那时这些四散分布的碎片的威胁就大了。如果宝贵的轨道资源被碎片给占满,将给这个被寄予厚望的中国星链计划带来阴影。
实际上,美国星链的所有者SpaceX公司也关注到了这件事,还使用“星链”社交媒体账号专门发了个声明,先是说长六甲末级的爆炸不会对星链卫星产生“重大的直接风险”,但表示这些碎片由于高度较高,会在轨道上停留几十年。
然后SpaceX开始自夸,说可以采取措施避免产生太空垃圾,比如在有效载荷分离后,主动将火箭末级离轨并受控坠落。还可以利用被动的方式,例如将卫星在低轨道释放,然后再靠自身动力爬上工作轨道。这样一来即使火箭末级发生解体,碎片也不会在轨道上呆很长时间。
这两种方式其实说的就是SpaceX自家的猎鹰9号火箭和星链卫星的特点。猎鹰9号的末级也就是第二级,可实现主动受控离轨。而星链卫星则是先发射到200公里高度的低轨道,再靠自身的霍尔电推发动机升轨,最终到达各自的工作轨道。
SpaceX还举例说他们刚刚遭受了一次发射失败,但由于所有卫星都是在300公里高度以下释放的,这里的空气阻力比较大,所有碎片(应该包括了卫星和末级火箭)都会在较短时间后重返大气层并烧毁,不会对太空的公共安全造成威胁。这应该说的是前不久SpaceX一次损失20颗卫星的事。
大家都看得出来,SpaceX的声明字里行间都是在抬高自己,然后站在道德高地上指责中国,强调是中国的火箭发射方式不对头,才会制造出这么多的太空垃圾。那么事实是不是这样呢?
咱们先来看看这次的肇事者长征六号甲火箭,它的末级可不是第一次出问题了。在2022年11月,长六甲遥2火箭在太原卫星成功发射了云海三号卫星,在卫星分离后不久也发生了解体,产生了数百块可追踪的碎片,与刚刚这次非常相似。而今年早些时候发射的长六甲遥3和遥7,末级也出现了解体,分解为几十块碎片,爆炸规模相对较小。
接连出现4次太空解体,这款火箭是有什么问题吗?长六甲是一款很有特点的火箭,它由航天科技集团八院研制,起飞重量530吨,可将4吨的载荷送到700公里太阳同步轨道,能力还是非常强的。火箭的第一级和第二级(末级)使用的都是液氧煤油发动机,第一级还捆绑了4个单台推力120吨的固体助推器,是我国第一款带有固体助推器的中型运载火箭。
正是由于长六甲的运载能力比较强,才能一次将18颗“千帆星座”极轨01组卫星直接送到800公里高的极地轨道,然后再排成一列火车被释放出去。截至目前,长六甲全部七次发射都获得了成功,说明火箭的可靠性还是非常高的。但却有4次发生末级解体,都出现在火箭钝化过程中。
所谓的钝化,其实就是为了防止火箭残骸在太空中自爆形成大量太空垃圾。当火箭完成使命之后,末级火箭如果不主动离轨坠落,往往会在太空中停留较长的时间。此时火箭贮箱中还有未烧完的燃料,气瓶中还有未用完的高压气体,蓄电池里还有电,这些都有可能造成火箭的爆炸解体,产生大量碎片,威胁其它航天器的安全。
因此,比较负责任的做法是主动排出末级火箭贮箱中的燃料,放掉气瓶中的气体,并且将有自爆风险的蓄电池放电。这样末级火箭残骸就排除了自爆的可能,将成为一整块太空垃圾,在经过缓慢的自然降轨后坠入大气层。这种单一的大型碎片比较好追踪和规避,与其它航天器碰撞概率也低,比起爆炸产生的成百上千块碎片要好得多。
我国绝大部分火箭在完成载荷释放之后,都会进行钝化操作。著名的“胖五”长征五号B,在发射空间站舱段后也进行了钝化,巨大的末级残骸从未发生过解体。长征六号甲4次解体都是在钝化过程中出了问题,说明火箭在这方面的设计的确有瑕疵,确实还有待进一步改进。
与稳妥保守的钝化方式不同,猎鹰9号和最近发射的阿丽亚娜6火箭末级在设计上都采用受控离轨方式。末级火箭在释放卫星等载荷之后,会再次点火,利用剩余的燃料减速并降低轨道,直至坠入大气层烧毁。
这种受控离轨处理得比钝化要更彻底,能直接一次性的消除太空垃圾,不使其长久停留在轨道上,而且还能控制残骸掉落的地点,一般是大洋深处,比如南太平洋的尼莫点,可以避免造成生命财产损失。
那么我国的火箭为什么没有像猎鹰9号和阿丽亚娜6那样,采用末级受控离轨这种看起来更可靠的方式呢?说到底还是设计思路的不同和火箭运力的限制。地球上70%以上的面积是海洋,剩下的陆地上也有大片无人居住的地区,火箭残骸即使不受控坠落,砸伤人的概率也微乎其微,犯不着为了受控离轨而损失宝贵的燃料和运力。
况且对于低轨道上的末级残骸,滞留太空的时间本来就比较短,用不了多久就会坠落,这种情况下搞受轨离轨没太大必要。而对于更高轨道上的末级残骸,要做到受控离轨需付出非常高的代价,损失的运力太大。即使是猎鹰9号,在打高轨道时也不会傻到让第二级强行离轨。
这次长六甲将千帆极轨01组星打到了800公里极地轨道,在近地轨道中属于比较高的高度了,再要受控离轨会很费劲。我国航天部门可能会认为得不偿失,因此还是想采用钝化的老办法。那么既然火箭不太适合搞受控离轨,让卫星学星链自己爬上高轨道行不行呢?
星链能够自主从低轨升到较高轨,靠的是1至4台霍尔电推,采用氩气为工质,单台推力可达170毫牛,比冲可达2500秒。“千帆星座”卫星也和星链一样使用了霍尔推进器,但工质是氪气,推力仅20毫牛,比冲1385秒,与最新版星链有较大差距,也比不上早期版星链54毫牛的推力水平。
想靠推力较小的霍尔电推,将重300公斤的千帆卫星从200公里低轨送到800乃至1000公里高的工作轨道,耗费的时间和工质会非常多,不如直接由长六甲送到800公里再进行一定程度的变轨,对卫星寿命和顺利部署会更加友好。
千帆星座将发射1.4万余颗低轨卫星,打造中国版星链,实现全球互联网服务。现在千帆计划刚刚拉开发射大幕,到2025年底将完成648颗卫星的组网,2027年完成1296颗。
这次发射的第一批18颗卫星轨道都比较高,未来还将发射高度为300公里和500公里左右的低轨卫星。如果将来配备的霍尔推进器能更给力,不妨也借鉴美国星链的发射方式,先一起发射到低轨再自己升高轨道,这样留下太空垃圾的概率确实就小多了。
![长六甲末级又爆炸了,产生900块碎片,星链怒批中国制造太空垃圾](https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-6w9my0ksvp/d91aea29558f4bf6b83ec5fc411f6a1f~tplv-tt-large.jpeg?_iz=30575&lk3s=06827d14&x-expires=1723915684&x-signature=mUmNxLKEF2miidXdfzCMK4SAkdA%3D)
当然,长六甲7次发射有4次出现末级自爆,这个概率也太高了点儿。还是要仔细分析原因,找出问题所在,毕竟产生大量太空碎片对我们自己的卫星和航天器也没有好处。
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