美国一家名叫Reflect Orbital的公司,计划把巨大的反光镜送入近地轨道,借助卫星调整方向,把阳光反射到地面指定区域。按照公司公布的远期路线图,到2035年,卫星数量要达到5万颗以上。
按这家企业的设想,如果真能实现,偏远地区可以购买一段照明时间,搜救队可以申请照亮一片山地,太阳能电站甚至可能在日落以后继续发电。听起来,连黑夜都要成为一门新生意了。那么,这真的靠谱吗?
一、5万颗轨道反光卫星的野心
Reflect Orbital官网展示的星座路线图,目标是2035年部署5万颗以上卫星。
今年7月9日,美国联邦通信委员会批准了其Eärendil-1演示卫星的部署和运行申请。这颗卫星计划携带一面18米乘18米的反光镜,测试向地面反射阳光的能力。美国天文学会披露,方案中的地面光斑宽约5公里。
到了10月底,安排又有了新变化。公司最新公告表示,10月30日已提交另一颗试验卫星Eärendil-0的申请,发射时间不早于2027年4月。这将是它的首颗入轨卫星,任务是验证控制系统、通信链路和在轨操作,不携带轨道反射镜。
该公司是想先让平台飞起来,确认它能保持得住通信联系,再去验证那面巨大的镜子。已经获批的Eärendil-1,仍属于后续的反光验证环节。
这家公司也在购买发射服务,10月14日,它宣布向印度Skyroot Aerospace采购两次专门发射,用于未来航天器部署。
二、地面已经天黑,卫星为什么还能借到阳光?
这套构想的原理,其实可以从山顶的落日理解。傍晚时,山脚已经暗下去,山顶可能还晒着太阳。地球是圆的,不同高度看到太阳落下的时刻不同。地面进入夜色的时候,几百公里高的卫星,在合适的轨道位置上,仍可能处于阳光照射之下。
如果卫星带着一面镜子,就有机会把阳光重新引向已经变暗的地面。它本身不需要像探照灯一样用电发出强光,主要工作是借光和转向。太阳提供能量,卫星负责把光送到合适的位置。
只有当卫星飞进地球的阴影,自己都晒不到太阳,才会无法继续反射太阳光。黄昏和黎明附近相对有利,到了某地深夜,能否获得服务,还要看轨道高度、季节和整个星座的布局。
近地轨道卫星一直在高速绕地球飞行,对某片地面的服务时间有限。想让一处地方持续得到光照,需要多颗卫星接力,还得保证接力时彼此衔接得上。
还有一个绕不开的现实,反射光从太空下来,仍要穿过大气和云层。地面光伏电站遇到厚云时发电受影响,把镜子搬上太空,也会受到云层影响。
根据Reflect Orbital,其卫星既能照明,又能给太阳能电站延长工作时间。随着多颗卫星协同,亮度可以从满月水平逐步提升到正午水平。
三、地面演示引发围观,真正的太空难题还在后面
就在10月10日,Reflect Orbital在地面使用强力地面灯光,模拟未来卫星照明的效果,并邀请搜救人员体验。随后出现的明亮夜景,引发了当地居民和天文界关注。但地面灯光表现得再好,都无法替代反光镜入轨后的工程验证。
首先是展开,大镜子发射时必须收拢,到轨道上再展开成预定形状。展开之后,镜面能否保持足够稳定,是否会抖动变形,都会影响地面光斑的位置和表现。
其次是瞄准,卫星在移动,地球在转动,太阳与目标之间的角度持续变化。要让光斑照着同一处地面,控制系统就得持续调整。
接下来是规模,单颗卫星试验成功,也不代表几万颗卫星能够经济可靠地协同工作。量产、发射和补网都需要资金,卫星之间要避免碰撞,老化失效后还得处理离轨问题。
四、轨道反光还会带来严重光污染
对于轨道反光,天文学家担心的则是夜空被进一步照亮。普通通信卫星反射阳光,已经会在天文照片里留下亮线。反光卫星本身就是为了把阳光送往地面,如果数量达到几万颗,观测干扰就可能从偶尔遇上一条亮线,发展成更广泛的影响。
美国天文学会今年7月对试验卫星获批公开表达不满,原因之一就是现有审批对光学影响的处理存在争议。
如果美国公司的卫星由印度火箭发射,未来又为其他国家的客户照明,涉及的主体就更多了。尤其当光的影响超出订单范围,周边居民和研究机构通过什么渠道提出异议,服务如何暂停,都需要事先讲清楚。
欧洲南方天文台今年7月公布的研究,对包括反光卫星在内的大型星座方案进行了模拟。研究指出,即便不把光束直接指向天文台附近,明亮卫星的轨迹和大气散射,仍可能严重干扰部分天文观测。
国际暗夜协会还提出了生态和夜间环境方面的担忧,许多动物利用明暗变化安排活动,额外照明的影响,需要结合亮度、持续时间和出现频率评估。
Reflect Orbital承诺避免敏感区域,只在获得相关授权后提供服务,并开展环境评估。但承诺如何落实,目前并不清楚。