上万颗卫星在轨，轨道怎么排、碰撞怎么防？

环绕地球飞行的卫星，眼下到底有多少颗？

欧洲航天局11月2日更新的数字显示，仍在服役的卫星大约1.58万颗。这个规模还会往上走。标普全球9月预计，只要部署计划顺利落地，单是美国拿到监管许可的八家主要低轨运营商，未来几年就可能把约5.17万颗卫星送上天。

国内组网同样在提速。11月3日，千帆星座新增18颗卫星入轨，总数来到274颗，远期规划超过1.5万颗。中国星网等大型星座的建设也在继续推进。

一批接一批的新卫星升空之后，轨道要怎么排布？已经在天上运行的那些，又靠什么避免撞上彼此？

11月7日，星图测控把“星眼01星”送入太空。这颗卫星运行在约500公里高度，主要任务是盯住其他航天器和空间碎片。按照企业规划，“星眼”星座一共156颗，首星承担的是验证天基观测与地面分析能否配合起来。

01 卫星的轨道是怎么定的

在发射之前，运营商先得想清楚一件事：这颗卫星要放在哪里飞。

近地轨道一般指距地面200至2000公里的范围。卫星的工作高度和倾角要跟任务对得上，新卫星入轨之后，有时还得继续往上爬，穿过别的卫星所在的高度层，最后才能到达预定轨道。

轨道不像地面停车场那样有划好的固定格子。卫星以每秒7至8公里的速度绕地球飞，就算高度差不多，也可能处在不同的轨道面上，隔一段时间就经过彼此轨迹的交叉点。会不会撞上，关键看两者是否在同一时刻到达同一位置。

轨道交叉本身不等于碰撞。可随着在轨卫星越来越多，需要预测的近距离交会也在增加。运营商不光要盯住自家卫星的位置，还得持续跟踪那些可能闯进其运行区域的其他航天器。

对坐拥数千颗卫星的星座来说，安全运行这件事要贯穿卫星的整个寿命周期。就算卫星已经到了预定轨道，仍可能依据碰撞预警去调整飞行轨迹。

正常工作的卫星碰上风险，还能主动躲一躲。真正棘手的是那些早就失效、却依旧高速飞行的物体。

02 退役卫星去了哪里

2009年2月，美国仍在工作的铱星33号与俄罗斯早已失效的宇宙2251号，在约790公里高空撞上。两颗卫星的相对速度达每秒11.6公里，撞击留下1800多块尺寸约10厘米及以上的可跟踪残骸。

一颗退役卫星，照样能毁掉另一颗正在提供服务的卫星。撞出来的碎片，又会接着威胁更多后来的航天器。

卫星寿命到头，并不会自己离开太空。不少现代低轨卫星会在退役前主动降轨，再靠大气阻力回到地球，大部分结构在再入时烧掉。问题是，已经失联的卫星收不到离轨指令，早年发射的许多航天器也没有必要的退役处置能力。

残骸能在轨道上待多久，跟高度直接相关。高度越高，大气越稀薄，阻力一般越小。NASA指出，600公里以下的残骸通常几年内就能再入；到了800公里附近，自然衰减时间可能长达数十年甚至更久。

欧洲航天局已经把新任务在受保护低轨区域的退役后处置期限从25年压缩到5年。可这条新规清不掉几十年来留下的失效航天器，碰撞和爆炸产生的大量碎片就更难处理。

欧洲航天局估计，目前绕地球运行的1至10厘米空间碎片约有150万个。低轨是碎片风险最集中的地方，600至1100公里高度分布着大量历史残骸。几厘米大小的碎片很难持续跟踪，但在每秒数公里甚至更高的相对撞击速度下，足以让卫星遭受重创。

上世纪70年代，科学家唐纳德·凯斯勒等人提出过一个判断：某些轨道上的碎片一旦密集到一定程度，碰撞产生的新碎片会引发更多碰撞，形成不断增长的残骸群。即便不再发射新卫星，部分轨道环境仍可能继续恶化。

这一机制后来被称作凯斯勒效应。

退役处置能减少新增残骸，却清不掉所有历史风险。对还在运营的卫星来说，更直接的 protection 是尽早发现危险、提前避让。

03 把监测的眼睛送上太空

几百公里外的一块碎片，怎么判断它未来会不会撞上某颗卫星？

地面雷达和光学望远镜一直是空间监测的主力。设备在不同时间点记下目标位置，地面系统算出轨道，再推断哪些目标未来会靠得很近。

麻烦出在持续更新上。光学观测要看天气和光照，雷达则受覆盖范围和观测频次限制。太阳活动一变，高层大气密度跟着变，低轨目标所受阻力也会变；卫星临时变轨若没及时通报，别家运营商的轨道数据就可能和实际位置对不上。

就算算出两颗卫星会贴得很近，还得把轨道测量误差算进去，得出碰撞概率，才能决定要不要规避。观测数据越准、更新越快，运营商越有机会少做无谓的机动。

“星眼01星”想的是把一部分观测设备搬上天。这颗星装了广域光学监视相机和星上计算单元，靠空间目标反射的太阳光来观测，多次测量目标相对观测卫星的位置变化，再交由地面平台算轨道，完成编目和风险分析。

天基观测能多抓到一些目标的观测机会，弥补地面监测覆盖不足。但光学传感器照样受光照条件和目标大小制约。首星眼下主要做在轨验证，规划中的持续监测能力要等后续组网才能实现。

SpaceX今年亮出了另一套办法。Stargaze系统借助恒星敏感器观察周边物体，每天记录约3000万次目标掠过视场的事件，用这些记录更新轨道信息。恒星敏感器本来是用来定卫星姿态的，如今又兼了一部分空间监测的活。

一边是SpaceX拿现成通信星座扩展观测能力，一边是星图测控规划自建感知星座。两套方案的建设成本和覆盖方式都不一样，将来谁更有竞争力，还得看实际观测质量和服务效率。

对中国来说，自主监测还有更实在的用处。千帆和星网正在不断部署低轨卫星，而轨道环境不分国界。中国在轨资产越多，能不能持续拿到准确、可信的轨道数据，就越直接地影响星座的运行效率。

04 太空安全谁买单

SpaceX向

这个数字说的是避碰机动的频繁程度，并非20多万次碰撞险情。SpaceX用的风险阈值偏保守，一次近距离交会也可能对应好几次机动。

频繁避碰已经成了大型星座绕不开的运营负担。每次推进机动都可能烧掉燃料，改了轨道还可能影响原定任务。对几千颗卫星组成的网络来说，把预警精度提上去、少做不必要的变轨，经济上的账很实在。

专业服务市场就这么长了出来。

美国LeoLabs已经在用地面雷达网络给客户提供轨道监测和碰撞预警，美国商务部建设的TraCSS系统提供免费的基础空间安全服务。SpaceX也向加入其平台的运营商开放部分免费筛查。

免费服务摆在那里，商业监测就很难只靠卖基础预警挣钱。更高精度的观测、更及时的轨道更新，以及面向大型星座的自动化避碰支持，或许能做出差异化的商业价值。星图测控能不能靠156颗卫星撑起可持续业务，还要看实际组网能力、建设成本和客户需求。

但轨道安全还有一部分问题，商业服务解决不了。

监测公司能报告两颗卫星可能相撞，却无权要求哪一方变轨。卫星一旦失效，避让只能靠还有机动能力的那一方；就算双方都能调轨道，也得及时交换预报和机动计划，免得各自行动又添新风险。

更深的矛盾出在轨道资源是大家共用的。

一家运营商靠多发卫星做大业务，碰撞留下的残骸却可能在轨道上飘几十年，长期威胁别的国家和企业。商业收益归运营商，环境风险却由更多参与者一起扛。这就是经济学里说的公共资源外部性。

10月23日，中国发布《关于加强外空治理的中国立场》，提出加强碰撞风险预警、空间物体再入等信息通报，推动空间交通和碎片减缓领域的国际协调。大型低轨星座部署越快，自主监测能力、跨运营商的数据共享和避碰规则，就越会成为维持轨道安全的重要条件。

商业航天把卫星制造和发射的门槛压低了，轨道环境的维护却要长期投入。一家企业算得清自己卫星的运营成本，碰撞事故给整个轨道环境造成的损失，却很难让市场自己分摊掉。

卫星数量从上万颗往数万颗走，航天产业要琢磨的，也包括怎么维护大家共用的轨道环境，以及这副担子由谁来挑。