星鏈衞星碰瓷，速度有多快，中國空間站能用機械臂捕捉它？_風聞

前日寫了一篇關於星鏈衞星危險迫近中國空間站的短文，評論區一位軍事大V的高贊評論稱“太空機械手能捕捉，都在太空高速飛行，相對速度根本沒你説的那麼大。這不是簡單的技術問題。”因為此評論響應者眾多，所以我覺得有必要單獨拿出來講一講：兩個航天器接近時的相對速度究竟是多少？我們的機械臂真的能抓住飛來的星鏈衞星嗎？

簡單描述事件經過：2021年12月初，中國駐聯合國（維也納）代表團向聯合國秘書長髮了一份照會，稱2021年間美國SpaceX公司（以下稱“空X”）的星鏈衞星多次侵入中國天宮空間站軌道，為保證空間站內工作的三名航天員生命安全，中方不得不調整軌道高度，緊急避碰。

星鏈衞星到底是怎麼接近中國空間站的？相遇時它們的相對速度是多少？如果二者發生碰撞會產生什麼後果？

馬斯克有一個“雄心勃勃”的計劃，他要向太空發射42000顆衞星，用這些衞星組成覆蓋全球的高速互聯網，這就是“星鏈計劃”（Starlink）。截至2021年底，在軌運行的星鏈衞星共有1775顆，另有169顆墜毀。

星鏈是馬斯克的太空之網

2020年1月7日，空X公司向550公里高的近地軌道發射了60顆星鏈衞星（V1.0-L2批），很快，這批衞星中的12顆陸續“出現問題”。好在星鏈衞星都自帶小發動機，可以自行調整軌道，為了不讓報廢的衞星佔用寶貴的軌道資源，空X操控這些衞星陸續下降軌道，墜入大氣層。

第L2批衞星中的S-1095號下降軌跡

有意思的是，V1.0-L2批中的幾顆衞星向下穿過400公里國際空間站軌道後，在下方375公里高度做了一段時間的“停留”，這個高度剛好是中國空間站軌道，其中S-1095號衞星更是在這個高度兩次向上機動，危險接近天宮空間站。為了避免與S-1095發生碰撞，天宮空間站被迫做出軌道調整。

有朋友説，既然星鏈衞星跟空間站處在同一樣軌道高度，説明它們的速度都是7.68公里/秒，就好比高速公路上並排前行的兩輛汽車，大家都是100公里/小時，各行各的道，怎麼會相撞？

星鏈運動軌跡

衞星繞着地球飛，它跟地面的汽車不是一個概念。根據任務不同，每一種航天器都有特定的軌道高度，同時還有自己的軌道傾角——航天器大多是斜着繞地球飛行的。中國空間站的軌道傾角是41.58°，而星鏈衞星的傾角則是53°，這樣，當星鏈衞星下降到空間站高度時，由於飛行角度不同，它們之間會有一個相互接近的撞擊速度。

天宮空間站與星鏈衞星存在兩種撞擊可能

我們看神舟飛船、天舟貨運飛船與天宮空間站交會對接，畫面中兩個航天器靠得非常近、速度非常慢。這是因為飛船在發射時就選擇了與空間站幾乎相同的軌道面，通過精確變軌，它們的接近角度極小，這樣才能保證相互之間接近的速度非常小。

因為大家的飛行速度都是7.68公里/秒，但軌道傾角不同，當星鏈衞星與天宮空間站同向以11.42°角相遇時（上圖左），它們會以1.44公里/秒的速度發生碰撞；而當星鏈衞星是從另一個方向與天宮相遇（上圖右），二者的撞擊角度為94.58°，撞擊速度達到11.27公里/秒（33倍音速）！

AK47步槍子彈出膛的速度大約是710米/秒，即使星鏈衞星以小角度與天宮空間站接近，它們之間的相對速度也超過步槍子彈的兩倍！

不説33倍音速了，你能想象用機械手抓住一顆以4倍音速飛過來的子彈嗎？

天宮空間站配備的機械臂非常神奇，它的長度大約10米，能抓住並移動25噸重的物體。航天員出艙活動時還能站在機械臂上進行大範圍快速移動，這極大提高了艙外工作效率。曾經有外國影片描繪中國空間站移動到美國衞星旁邊，用機械臂“剪掉”衞星的太陽能帆板，於是快樂的網友們誤以為咱們天宮空間站真有一雙“剪刀手”，可以抓住外國衞星修理一番再扔掉。

空間站的“剪刀手”

到目前為止，所有機械臂都沒有“手”，它兩端安裝的叫“末端執行器”，通過扭轉三根鋼絲來卡住飛船“目標適配器”上的釘梢往回拉，最後用卡爪鎖緊，從而達到“抓”的效果。

末端執行器通過鋼絲來“抓”目標

為了被機械臂“抓住”，飛船或衞星上需要安裝特定的“目標適配器”，否則你縱使有三頭六臂也無可奈何。

我們空間站天和號核心艙外邊就安裝了若干個目標適配器，機械臂能通過這些適配器實現自主“爬行”，同時，在天舟二號貨運飛船外邊也有一個適配器，它會被用來做轉位對接實驗。“問天”和“夢天”號實驗艙外邊同樣也會安裝適配器，以方便機械臂全站到達。

飛船上需要有這個裝置才能被“抓”

現在你應該知道了：並不是你有機械臂就什麼都可以“抓”，還得人家裝了一個與你相對應的裝置，這樣才能握得住、抓得牢。

太空抓衞星的另一個條件是相對靜止，至少機械臂與目標之間的相對速度很小，這樣才方便瞄準。要是彼此之間的相對速度很快，機械臂不可能對準目標適配器中心的釘梢，很容易造成飛行器損壞。

國際空間站機械臂抓取貨運飛船（快放）

星鏈衞星在設計時就沒打算讓國際空間站抓取，所以它的表面沒有安裝目標適配器。即便我們用機械臂強行去抓它，它的衝擊能量也會瞬間折斷機械臂甚至摧毀航天器。

一顆星鏈衞星的質量為260千克，按照動能定理，當它以1.44千米/秒的速度撞擊，所產生的撞擊能量達270兆焦耳；而當撞擊速度為11.27千米/秒，它將釋放出16512兆焦耳的能量。這是個什麼概念呢？我們假設一輛2噸重的轎車以100公里/小時的速度撞牆，計算出它釋放的能量大約是0.77兆焦耳，星鏈衞星的撞擊能量分別是汽車事故的350倍和21389倍！

現在你應該瞭解到星鏈衞星在太空中接近中國空間站是多麼可怕了吧，即使兩個航天器以最小的角度相撞，空間站都不可避免地被完全摧毀，航天員不可能有逃生的時間。由於相對速度太快，那種“用太空機械手捕捉”衞星的想法無疑是浪漫且不切合實際的。

對於這種流氓，眼下除了躲，暫時還真沒有太好的辦法。