陳藍：星鏈險撞中國空間站後續——疑問、措施和機會
【文/陳藍於2022年2月28日發表於美國《太空評論》網站 譯/陳藍】
去年12月，中國向聯合國提交了一份照會，指出兩顆星鏈衞星靠近中國空間站，後者不得不進行了緊急規避以避免災難性碰撞。美方現在終於有了回應。《太空新聞》（SpaceNews） 2月15日報道，美國向聯合國發出了另一份照會。
這個事件很引人注目，不僅因為它發生在中美關係日益緊張的時期，又涉及一家明星企業的衞星和中國引以為傲的空間站，很容易在兩國引發情緒化反應，而且也因為這是罕見的可控衞星對載人航天器構成威脅的事件。
去年12月，我們只有來自中方的消息和第三方非官方信息。我們不知道SpaceX和美國相關機構內部到底發生了什麼。不幸的是，美國最近的照會也沒有提供更多的細節。相反，它引出了許多的疑問。
考慮到目前的地緣政治環境，這類事件很容易被政治化，這無助於解決太空中真正的問題。所以，本文只關注這個事件的技術和管理細節。我將嘗試把事情梳理一下，看看問題出在哪裏。
讓我們先把所有已知信息都擺到桌面上。
中國致聯合國照會
中國於2021年12月6日向秘書長提交了一份普通照會。照會提交約三週後，媒體才有這件事情的報道。該照會報告了兩次近距離相遇事件（以下為照會中文版原文）：
“星鏈-1095衞星自2020年4月19日起穩定運行在平均高度約555千米的軌道上。2021年5月16日至6月24日，該衞星持續降軌機動至平均軌道高度382千米後，保持在該軌道高度運行。7月1日，該衞星與中國空間站間出現近距離接近事件。出於安全考慮，中國空間站於7月1日晚主動採取緊急避碰，規避了兩目標碰撞風險。
2021年10月21日，星鏈-2305衞星與中國空間站發生近距離接近事件。鑑於該衞星處於連續軌道機動狀態，機動策略未知且無法評估軌道誤差，存在與空間站碰撞風險。為確保在軌航天員安全，中國空間站於當日再次實施緊急避碰，規避了兩目標碰撞風險。”
獨立軌道分析
喬納森·麥克道爾（Jonathan McDowell）是一位受人尊敬的知名天體物理學家和太空活動監視者。他是第一個根據開放軌道數據獨立確認該事件的人。12月28日，他在推特上發佈了他的軌道分析。下圖顯示了星鏈和中國空間站在7月和10月的軌道。
七月相遇事件 圖片來源：Jonathan McDowell
十月相遇事件圖片來源：Jonathan McDowell
1月18日，麥克道爾在他編輯發佈的《喬納森太空報告》（第802期）中對這兩個事件做了概述，進一步證實了先前的結論。按他計算，10月相遇事件預測的最近距離只有不到1公里（中國空間站避讓動作前），令人吃驚。而7月相遇事件的最近距離似乎在他最終發佈的報告中漏寫了。
“中國已向聯合國投訴（聯合國文件A/AC.105/1262）星鏈衞星飛近CSS（中國空間站）。文中提到了兩起事件。對TLE的分析證實，確實發生瞭如上所述的近距離經過。
協調世界時7月1日9時50分，CMSEO（中國載人航天工程辦公室）發出指令對CSS進行軌道調整，以避開正在降軌處置中的星鏈1095；否則，在協調世界時13時15分左右就會發生近距離（公里或更短 - 作者注：此處漏寫公里數）相遇。似乎星鏈也在同一時間進行了一次小規模的迴避，但似乎SpaceX和CMSEO之間沒有就相遇事件進行事先溝通。
10月21日，當時剛剛發射、正在進行軌道提升的星鏈2305衞星通過了CSS的軌道高度。按預測它將在協調世界時22時在距離中國站1公里範圍內通過。CSS在協調世界時3時16分左右進行了軌道調整，以避免碰撞。這次，星鏈2305似乎沒有進行任何規避點火。”
美國致聯合國照會
美國於2022年1月28日向秘書長提交了一份普通照會。它申明（以下為照會中文版原文）：
在中國致秘書長普通照會中列舉的具體例子中，美國太空司令部估算中國空間站與所指的美國航天器發生碰撞概率不大：
• 星鏈-1095（2020-001BK），於2021年7月1日
• 星鏈-2305（2021-024N），於2021年10月21日
• 由於這些活動沒有達到既定的緊急碰撞標準下限，所以在這兩次情況下都沒有必要發出緊急通知。
• 如果發生涉及中國空間站的碰撞概率大，美國會直接向指定的中方聯絡人提供近距離接近通知。
• 在中國向秘書長髮出普通照會之前，美國並不知道中國與美國太空司令部、星鏈-1095和星鏈-2305的運營商或美方任何其他實體進行過或嘗試進行過任何聯繫，告知關於所述事件的信息或擔憂。
SpaceX的行為
根據前述2月15日《太空新聞》報道，SpaceX與美國國務院和其他美國政府機構合作，向中國發送通知。SpaceX負責製造和飛行可靠性的副總裁比爾·格斯滕梅爾（Bill Gerstenmaier）在11月舉行的AIAA ASCEND會議的一個小組討論會上説，SpaceX檢查其星鏈衞星是否與國際空間站和中國空間站接近。“我們向國務院提供信息，但我不知道之後會發生什麼，”他説。
2021年8月6日，SpaceX與聯邦通信委員會召開電話會議討論星鏈的安全問題。根據作者獲得的會議演示稿，星鏈使用自動避碰系統。它從第18太空控制中隊接收（空間碎片等的）數據。衞星可以自主評估風險並計劃規避操作，無需人工介入。不過，作為一種額外的安全措施，人類仍然扮演着監督角色。
目前，與其他運營商的航天器發生相遇事件時，星鏈衞星默認承擔機動變軌責任。而採用大富裕度規避國際空間站，使得NASA不需要（對國際空間站）採取額外行動或進行專門的監測。
“比薩盒”
根據以上信息，可以確認確實發生過兩次遭遇。中國空間站在這兩次事件中都進行了規避操作。但是，在規避前後，它們之間的距離到底有多近？中美官方都沒有提供細節。SpaceX也沒有。而從美國的聲明來看，距離似乎不符合其標準。
這就提出了一個新問題：美國照會中提到的“既定緊急碰撞標準”到底是多少？我為此做了一些研究。根據國際空間站流星體/碎片風險管理委員會撰寫的《保護空間站免受流星體和軌道碎片的影響》（1997年）一書中指出（第46頁）：
“SSN（作者注：SSN即空間監視網絡）通常會在一個‘警告盒’內對預計將接近軌道器的物體進行篩選。該‘警告盒’沿軌道方向（前導或尾隨）大約25公里，橫跨軌道方向5公里，出軌道平面方向5公里。對每天大概10到30個進入警告盒的物體使用更精確的算法進行重新評估，以確定是否有任何物體進入沿軌道方向5公里、橫跨軌道方向2公里、沿軌道徑向2公里的‘機動盒’內。如果有這樣的物體，國際空間站將會啓動機動以避免碰撞。”
此外，同一作者在同一年出版的一本關於航天飛機流星體和軌道碎片保護的類似書籍中，對這兩個“盒子”做了完全相同的定義。有一張圖片顯示它們的大小分別為50x10x10公里及10x4x4公里。
然而，NASA現在對國際空間站使用了一個新的單級標準。以下文字摘自NASA官網：
“這些指導原則基本上是在航天器周圍畫一個虛構的盒子，稱為‘披薩盒’，因為它是扁平的長方形。這個盒子大約有2.5英里深，30英里寬，30英里長（4x50x50公里），中心是國際空間站。當預測表明任何被跟蹤的物體將從足夠近的距離上經過，並且跟蹤數據的質量被認為足夠準確時，休斯頓和莫斯科的任務控制中心將共同制定謹慎的行動方案。”
網頁上沒有“披薩盒”的插圖。幸運的是，我的Go Taikonauts！同事Jacaqueline Myrrhe給了我一張清晰展示盒子的圖片。這張圖出自2017年出版的《國際空間站 — 新邊疆前哨站的運營》（NASA-SP-2017-634，第145頁）一書。然而，這個盒子的高度只有1公里，遠低於官方網頁文字描述的高度。考慮到這本書出版於大約5年前，我只能假設4公里是目前使用的最新標準。
NASA出版物中“比薩盒”插圖 圖片來源：NASA
如果喬納森·麥克道爾的計算是正確的，那麼他預測的10月事件1公里以內的位置（中國空間站避讓動作前）就肯定在以往使用的“警告盒”、“機動盒”或現在使用的“披薩盒”內，卻沒有觸發緊急通知。所以，要麼是麥克道爾的計算出了問題（確實，這仍然是未經其他來源證實的唯一數據），要麼就是在幕後發生了些什麼。
更多疑問
還有更多問題需要回答。SpaceX是否如Bill Gerstenmaier在11月含糊其辭地説的那樣，在7月和10月向美國國務院提供了具體的中國空間站接近信息？SpaceX自己對潛在碰撞的標準是什麼？它和NASA定義的“披薩盒”一樣嗎？星鏈的自動規避系統是否承擔了機動責任並在7月和10月的相遇中按預期工作？為什麼在10月的接近中沒有進行任何機動？
另一方面，自7月事件發生以來，中國有5個月沒有采取任何行動，直到它向聯合國提交了照會。之後他們繼續保持沉默，直到媒體在12月下旬發現了這個照會的存在。中國是否在等待SpaceX的主動通知？
最大的困惑出現在雙方的溝通中。中國外交部發言人趙立堅説：“事件發生後，中國有關部門多次試圖通過電子郵件與美方取得聯繫，但沒有得到回覆。”美國在照會中表示：“美國並不知道中國與美方任何其他實體進行過或嘗試進行過任何聯繫。”誰沒説實話？
我們將來可能會知道這些問題的答案。但我們已經知道一個事實：中美之間在載人航天計劃中避免碰撞的溝通是完全失敗的。這很不幸。造成如此糟糕的溝通、誤解甚至敵意的原因之一是缺乏透明度。我們從這個案例中看得很清楚。
措施和機會
好的方面是，中美雙方都表示願意改善溝通並建立一個正式的碰撞規避機制，這是一個對雙方都有利的解決方案。
美國傾向於通過雙邊渠道進行直接溝通，以有效和及時地分享信息和協調可能的緊急反應。在給聯合國的照會中，它敦促所有航天國家開展建設性工作，減少空間物體之間和載人航天活動的碰撞風險。
中國更願意通過聯合國討論和協調和太空有關的事務，就如此次事件所展示的那樣。但中國也願意與美國就太空安全問題進行正式溝通。“中方願與美方建立長期溝通機制。”趙立堅説。
透明度是避免太空碰撞國際合作的基礎。中國經常被指責其太空計劃缺乏透明度。而在此次事件中，中國發布的信息比美方更多。馬斯克和美國政府機構需要提供去年7月和10月事件的更多細節，以澄清我在前面提出的問題。
2月12日，中國載人航天工程辦公室宣佈開始每天公佈中國空間站軌道的TLE數據（兩行軌道參數），供全世界各方進行軌道規避分析。這可能是去年兩次事件發生後採取的預防措施。無論如何，這是向建立正式的太空碰撞規避國際合作機制邁出的令人鼓舞的一步。
要建立這樣一個機制，各航天國家還有很多工作要做。必須就機動責任和工作程序以及警告盒（“披薩盒”或任何盒子）的大小達成共識。也許還需要一個加大的二級警告盒，用於更重、更大、因而更具能量和更危險的航天器。由於像星鏈這樣的電推航天器在升軌和降軌過程中軌道一直在變，它們的軌道很難使用傳統參數來預測。為了便於分享它們的軌道狀態，還必須考慮一種描述這種軌道的新方法。
近年來，軌道碰撞的風險在不斷增加，現在甚至已經成為了一個敏感的國際政治話題。但星鏈和中國空間站險撞的事件也引起了公眾關注，增加了人們對降低太空碰撞風險重要性的認知。所以，如果我們立即行動起來，它也可以變成一個機會。我相信人類有足夠的智慧抓住這個機會。我們必須保持樂觀。