陈蓝：星链险撞中国空间站后续——疑问、措施和机会
【文/陈蓝于2022年2月28日发表于美国《太空评论》网站 译/陈蓝】
去年12月，中国向联合国提交了一份照会，指出两颗星链卫星靠近中国空间站，后者不得不进行了紧急规避以避免灾难性碰撞。美方现在终于有了回应。《太空新闻》（SpaceNews） 2月15日报道，美国向联合国发出了另一份照会。
这个事件很引人注目，不仅因为它发生在中美关系日益紧张的时期，又涉及一家明星企业的卫星和中国引以为傲的空间站，很容易在两国引发情绪化反应，而且也因为这是罕见的可控卫星对载人航天器构成威胁的事件。
去年12月，我们只有来自中方的消息和第三方非官方信息。我们不知道SpaceX和美国相关机构内部到底发生了什么。不幸的是，美国最近的照会也没有提供更多的细节。相反，它引出了许多的疑问。
考虑到目前的地缘政治环境，这类事件很容易被政治化，这无助于解决太空中真正的问题。所以，本文只关注这个事件的技术和管理细节。我将尝试把事情梳理一下，看看问题出在哪里。
让我们先把所有已知信息都摆到桌面上。
中国致联合国照会
中国于2021年12月6日向秘书长提交了一份普通照会。照会提交约三周后，媒体才有这件事情的报道。该照会报告了两次近距离相遇事件（以下为照会中文版原文）：
“星链-1095卫星自2020年4月19日起稳定运行在平均高度约555千米的轨道上。2021年5月16日至6月24日，该卫星持续降轨机动至平均轨道高度382千米后，保持在该轨道高度运行。7月1日，该卫星与中国空间站间出现近距离接近事件。出于安全考虑，中国空间站于7月1日晚主动采取紧急避碰，规避了两目标碰撞风险。
2021年10月21日，星链-2305卫星与中国空间站发生近距离接近事件。鉴于该卫星处于连续轨道机动状态，机动策略未知且无法评估轨道误差，存在与空间站碰撞风险。为确保在轨航天员安全，中国空间站于当日再次实施紧急避碰，规避了两目标碰撞风险。”
独立轨道分析
乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDowell）是一位受人尊敬的知名天体物理学家和太空活动监视者。他是第一个根据开放轨道数据独立确认该事件的人。12月28日，他在推特上发布了他的轨道分析。下图显示了星链和中国空间站在7月和10月的轨道。
七月相遇事件 图片来源：Jonathan McDowell
十月相遇事件图片来源：Jonathan McDowell
1月18日，麦克道尔在他编辑发布的《乔纳森太空报告》（第802期）中对这两个事件做了概述，进一步证实了先前的结论。按他计算，10月相遇事件预测的最近距离只有不到1公里（中国空间站避让动作前），令人吃惊。而7月相遇事件的最近距离似乎在他最终发布的报告中漏写了。
“中国已向联合国投诉（联合国文件A/AC.105/1262）星链卫星飞近CSS（中国空间站）。文中提到了两起事件。对TLE的分析证实，确实发生了如上所述的近距离经过。
协调世界时7月1日9时50分，CMSEO（中国载人航天工程办公室）发出指令对CSS进行轨道调整，以避开正在降轨处置中的星链1095；否则，在协调世界时13时15分左右就会发生近距离（公里或更短 - 作者注：此处漏写公里数）相遇。似乎星链也在同一时间进行了一次小规模的回避，但似乎SpaceX和CMSEO之间没有就相遇事件进行事先沟通。
10月21日，当时刚刚发射、正在进行轨道提升的星链2305卫星通过了CSS的轨道高度。按预测它将在协调世界时22时在距离中国站1公里范围内通过。CSS在协调世界时3时16分左右进行了轨道调整，以避免碰撞。这次，星链2305似乎没有进行任何规避点火。”
美国致联合国照会
美国于2022年1月28日向秘书长提交了一份普通照会。它申明（以下为照会中文版原文）：
在中国致秘书长普通照会中列举的具体例子中，美国太空司令部估算中国空间站与所指的美国航天器发生碰撞概率不大：
• 星链-1095（2020-001BK），于2021年7月1日
• 星链-2305（2021-024N），于2021年10月21日
• 由于这些活动没有达到既定的紧急碰撞标准下限，所以在这两次情况下都没有必要发出紧急通知。
• 如果发生涉及中国空间站的碰撞概率大，美国会直接向指定的中方联络人提供近距离接近通知。
• 在中国向秘书长发出普通照会之前，美国并不知道中国与美国太空司令部、星链-1095和星链-2305的运营商或美方任何其他实体进行过或尝试进行过任何联系，告知关于所述事件的信息或担忧。
SpaceX的行为
根据前述2月15日《太空新闻》报道，SpaceX与美国国务院和其他美国政府机构合作，向中国发送通知。SpaceX负责制造和飞行可靠性的副总裁比尔·格斯滕梅尔（Bill Gerstenmaier）在11月举行的AIAA ASCEND会议的一个小组讨论会上说，SpaceX检查其星链卫星是否与国际空间站和中国空间站接近。“我们向国务院提供信息，但我不知道之后会发生什么，”他说。
2021年8月6日，SpaceX与联邦通信委员会召开电话会议讨论星链的安全问题。根据作者获得的会议演示稿，星链使用自动避碰系统。它从第18太空控制中队接收（空间碎片等的）数据。卫星可以自主评估风险并计划规避操作，无需人工介入。不过，作为一种额外的安全措施，人类仍然扮演着监督角色。
目前，与其他运营商的航天器发生相遇事件时，星链卫星默认承担机动变轨责任。而采用大富裕度规避国际空间站，使得NASA不需要（对国际空间站）采取额外行动或进行专门的监测。
“比萨盒”
根据以上信息，可以确认确实发生过两次遭遇。中国空间站在这两次事件中都进行了规避操作。但是，在规避前后，它们之间的距离到底有多近？中美官方都没有提供细节。SpaceX也没有。而从美国的声明来看，距离似乎不符合其标准。
这就提出了一个新问题：美国照会中提到的“既定紧急碰撞标准”到底是多少？我为此做了一些研究。根据国际空间站流星体/碎片风险管理委员会撰写的《保护空间站免受流星体和轨道碎片的影响》（1997年）一书中指出（第46页）：
“SSN（作者注：SSN即空间监视网络）通常会在一个‘警告盒’内对预计将接近轨道器的物体进行筛选。该‘警告盒’沿轨道方向（前导或尾随）大约25公里，横跨轨道方向5公里，出轨道平面方向5公里。对每天大概10到30个进入警告盒的物体使用更精确的算法进行重新评估，以确定是否有任何物体进入沿轨道方向5公里、横跨轨道方向2公里、沿轨道径向2公里的‘机动盒’内。如果有这样的物体，国际空间站将会启动机动以避免碰撞。”
此外，同一作者在同一年出版的一本关于航天飞机流星体和轨道碎片保护的类似书籍中，对这两个“盒子”做了完全相同的定义。有一张图片显示它们的大小分别为50x10x10公里及10x4x4公里。
然而，NASA现在对国际空间站使用了一个新的单级标准。以下文字摘自NASA官网：
“这些指导原则基本上是在航天器周围画一个虚构的盒子，称为‘披萨盒’，因为它是扁平的长方形。这个盒子大约有2.5英里深，30英里宽，30英里长（4x50x50公里），中心是国际空间站。当预测表明任何被跟踪的物体将从足够近的距离上经过，并且跟踪数据的质量被认为足够准确时，休斯顿和莫斯科的任务控制中心将共同制定谨慎的行动方案。”
网页上没有“披萨盒”的插图。幸运的是，我的Go Taikonauts！同事Jacaqueline Myrrhe给了我一张清晰展示盒子的图片。这张图出自2017年出版的《国际空间站 — 新边疆前哨站的运营》（NASA-SP-2017-634，第145页）一书。然而，这个盒子的高度只有1公里，远低于官方网页文字描述的高度。考虑到这本书出版于大约5年前，我只能假设4公里是目前使用的最新标准。
NASA出版物中“比萨盒”插图 图片来源：NASA
如果乔纳森·麦克道尔的计算是正确的，那么他预测的10月事件1公里以内的位置（中国空间站避让动作前）就肯定在以往使用的“警告盒”、“机动盒”或现在使用的“披萨盒”内，却没有触发紧急通知。所以，要么是麦克道尔的计算出了问题（确实，这仍然是未经其他来源证实的唯一数据），要么就是在幕后发生了些什么。
更多疑问
还有更多问题需要回答。SpaceX是否如Bill Gerstenmaier在11月含糊其辞地说的那样，在7月和10月向美国国务院提供了具体的中国空间站接近信息？SpaceX自己对潜在碰撞的标准是什么？它和NASA定义的“披萨盒”一样吗？星链的自动规避系统是否承担了机动责任并在7月和10月的相遇中按预期工作？为什么在10月的接近中没有进行任何机动？
另一方面，自7月事件发生以来，中国有5个月没有采取任何行动，直到它向联合国提交了照会。之后他们继续保持沉默，直到媒体在12月下旬发现了这个照会的存在。中国是否在等待SpaceX的主动通知？
最大的困惑出现在双方的沟通中。中国外交部发言人赵立坚说：“事件发生后，中国有关部门多次试图通过电子邮件与美方取得联系，但没有得到回复。”美国在照会中表示：“美国并不知道中国与美方任何其他实体进行过或尝试进行过任何联系。”谁没说实话？
我们将来可能会知道这些问题的答案。但我们已经知道一个事实：中美之间在载人航天计划中避免碰撞的沟通是完全失败的。这很不幸。造成如此糟糕的沟通、误解甚至敌意的原因之一是缺乏透明度。我们从这个案例中看得很清楚。
措施和机会
好的方面是，中美双方都表示愿意改善沟通并建立一个正式的碰撞规避机制，这是一个对双方都有利的解决方案。
美国倾向于通过双边渠道进行直接沟通，以有效和及时地分享信息和协调可能的紧急反应。在给联合国的照会中，它敦促所有航天国家开展建设性工作，减少空间物体之间和载人航天活动的碰撞风险。
中国更愿意通过联合国讨论和协调和太空有关的事务，就如此次事件所展示的那样。但中国也愿意与美国就太空安全问题进行正式沟通。“中方愿与美方建立长期沟通机制。”赵立坚说。
透明度是避免太空碰撞国际合作的基础。中国经常被指责其太空计划缺乏透明度。而在此次事件中，中国发布的信息比美方更多。马斯克和美国政府机构需要提供去年7月和10月事件的更多细节，以澄清我在前面提出的问题。
2月12日，中国载人航天工程办公室宣布开始每天公布中国空间站轨道的TLE数据（两行轨道参数），供全世界各方进行轨道规避分析。这可能是去年两次事件发生后采取的预防措施。无论如何，这是向建立正式的太空碰撞规避国际合作机制迈出的令人鼓舞的一步。
要建立这样一个机制，各航天国家还有很多工作要做。必须就机动责任和工作程序以及警告盒（“披萨盒”或任何盒子）的大小达成共识。也许还需要一个加大的二级警告盒，用于更重、更大、因而更具能量和更危险的航天器。由于像星链这样的电推航天器在升轨和降轨过程中轨道一直在变，它们的轨道很难使用传统参数来预测。为了便于分享它们的轨道状态，还必须考虑一种描述这种轨道的新方法。
近年来，轨道碰撞的风险在不断增加，现在甚至已经成为了一个敏感的国际政治话题。但星链和中国空间站险撞的事件也引起了公众关注，增加了人们对降低太空碰撞风险重要性的认知。所以，如果我们立即行动起来，它也可以变成一个机会。我相信人类有足够的智慧抓住这个机会。我们必须保持乐观。