星座存活率分析举例 [Jonathan McDowell]

前言：星链，Starlink，卫星网络，在国内因为众多例如zz方面的原因，是被误解程度很高一个航天事物。但各种误解或谣传能够广泛传播的根本原因，还是一般公众航天知识的匮乏，尤其是对此类大型卫星星座的了解不足导致的。这里是一个很小的知识面，葱卫星网络升空后，存活率，轨道残骸影响等方面，让大家对大型卫星网络有一个更好的认识基准。

2023年7月22日 天文学家 Jonathan McDowell，江湖绰号“轨道警察” 发布了目前为止的星链卫星状态随时间演化的的一张统计图，同时举例了其他数个历史上或正在运行中的其他大型卫星星座的演化图作参考对比。

以上图表均为Jonathan所作，可先自行看图解读，避免先入为主。而以下则主要为我的个人评价：

图一当中，星链的状态分类非常细，但作者其实上下排序还是留了心眼的，基本可以以黑色（未能入轨）为界，其上为失效的了卫星，其下为仍然有效的卫星。其中可以看到，从2019大规模发射开始到目前2023年中约四年间，星链卫星失效数量比大约为十分之一不到。还有额外可以之处几点细节：1. 因为星链所有卫星均为500km左右的近地轨道，所以并不存在进入墓场轨道的卫星，Graveyard一栏实质上为空；2.星链卫星中失效的，主体为粉色和红色，即退休或是测试运行时没通过的，且已经再入大气的卫星。占比目测略大于5%；3. 在轨失去机能的卫星数量，即成为轨道垃圾的卫星数量，图中虽然看不出来，但据我所知还是有数颗的，但数量应该为个位数，整体占比应该小于四百分之一。这样看下来，星链卫星的整体存活率意外尚佳，而其对于报废卫星的处理则是非常优秀的，产生的有效轨道残骸很少。

星链作为历史上规模空前的卫星网络，项目在申请之初，潜在轨道的轨道残骸问题就受到高度关注。FCC, ITU, NASA 等多方机构都给星链项目提出了航天历史上前所未有的相关要求，例如所有卫星必须退役前必须保有至少两次完全褪轨的机动能力等。当然，申请阶段的时候有的只是方案层面。而项目运行五年多，我们从实践层面上也有了越来越多的数据来评判SpaceX到目前为止表现如何。个人评价是非常优秀的，当然，没有一些参考对比大家会对此缺乏概念。所以，其他星座的表现也有必要了解。

苏联的 Strela-1M 卫星系统，全网360颗，可以算一个反面教材了。当然，其所在时代非常早，有其时代局限性，技术和对轨道环境保护的概念都远不如现在。卫星发射阶段存活率就大约只有一半，项目开启5年左右卫星存活约三分之一，开启10年左右存活率约四分之一。当然，最为令人诟病的是所有卫星退役后，全部滞留轨道。因为不具备褪轨设计，轨道高度高达1500km，所以成为半永久的太空垃圾。不过比较以前的航天界缺乏对太空环境的保护概念，所以无可厚非。

Planetlab 运行的低轨道对地观测卫星，目前发射总数已经超过500，也是比较大的卫星网络了。运行四年存活率一半左右，有点低，但它们的卫星一般都非常小，一部分设计寿命也只有三年，所以也不是不合理。其卫星也不具备主动褪轨能力，卫星报废后，会出现一段时间内在轨道的滞留。因而在2020年前后，有相当比例的卫星作为轨道垃圾漂浮中。但因为轨道较低，个头也比较小，自然沉降时间较短，因而2023年开始出现了比较明显的残骸减少（注：图中最后一年为推算）。就轨道残骸影响而言，因为卫星大部分只能靠自然沉降褪轨，报废后会滞留轨道纪念，所以有一定影响，但综合来说其实还算尚佳。

Globalstar 又是一个不错的例子，虽然其数量较少，但因为其运行轨道和苏联的例子类似，主要在1400km+的轨道上工作，无非期望自然沉降。那么卫星报废后如何处理？可以看到Globalstar做的处理是把退役的卫星推入设计好的墓场轨道，以最小化轨道环境影响。图中可以看到大部分的报废卫星都顺利进入了墓场轨道，但有近10颗在轨报废，成为太空垃圾。即近五分之一的退役卫星（或全星座占比十分之一不到）未能无害化处理。个人感觉就结果来说表现劣于Planetlab，不过其不少一代卫星产于20年前，也许后来的第二代第三代卫星能够有所进步。

最后，星链对比其他卫星网络来说，但就轨道残骸的产生比例，就数据来看毫无疑问是远远优于其他历史上和现役中的卫星网络的。当然，目前星链仅仅运行五年，还没有到大规模退役时期，后续仍需观察。

但无论如何，希望网络上缺乏轨道知识却随意使用“太空垃圾”的声音少一点，太空环境非常重要，也正因如此，大家需要对此问题有一定认知和了解，从数据出发评论的理性声音应该多一些。