SpaceX與天文學界合作 改變第二代衛(wèi)星設計以減小亮度

SpaceX曾屢屢因為“星鏈”衛(wèi)星在夜晚亮度過高影響天文觀測而遭到眾多質(zhì)疑。近日，該公司發(fā)布了一個叫做《衛(wèi)星運營商減少亮度最佳實踐》的文件，公布了公司與天文學界合作，減小“星鏈”衛(wèi)星亮度的解決方案。

SpaceX表示：“這些緩解措施有望使Starlink衛(wèi)星在標準操作高度時肉眼不可見。”

嘗試多種方法，SpaceX致力減小第一代“星鏈”衛(wèi)星亮度

人造衛(wèi)星本身不會發(fā)出光亮,人類之所以能夠通過肉眼看到衛(wèi)星上的亮點，是因為自然陽光照射到衛(wèi)星表面的材料后再反射到地球上造成的。如果太陽光照射到了衛(wèi)星，在地球上居住的人們就有在晚上看到它們的可能性。

近年來，為減小“星鏈”衛(wèi)星的亮度，SpaceX做出了諸多努力。

根據(jù)SpaceX的聲明，當“星鏈”衛(wèi)星的軌道到達“明暗界線”（也即地球上白天和黑夜的邊界）的黑暗面時可以反射陽光。所以，通常情況下，在黎明前的頭幾個小時或黃昏后的最初幾個小時，觀測者能在地面上看到衛(wèi)星的存在。

而天文專家對太陽系內(nèi)小行星的觀測通常是在黃昏時分進行，因此，衛(wèi)星的亮度會給天文研究造成不良影響。

為了解決這個問題，SpaceX從光線以鏡面或漫射方式完成散射的原理出發(fā)，首先確定了導致衛(wèi)星亮度太高的幾個相關因素。和漫射光從多個角度進行反射不同，鏡面光在反射時遵循一定的反射角度。

衛(wèi)星表面材料具有反射性，這是造成衛(wèi)星會發(fā)出光亮的重要原因。因此，只要找到一種反射性較低，又能吸收光線來降低反射光亮度的材料，并將其應用到衛(wèi)星上，就能有效解決亮度過高的問題。

此前，為了降低第一代“星鏈”衛(wèi)星的亮度，SpaceX主要開發(fā)了遮光板、射頻透明反射膜以及太陽能電池板支撐材料。

遮光板由一種對無線電頻率不可見的材料制備而成，將它安裝在衛(wèi)星的底盤上，可以阻擋陽光的照射。不過，這種遮光板在實際應用的過程中存在較多局限，不僅會阻礙“星鏈”衛(wèi)星的激光連接，也會對衛(wèi)星造成巨大的阻力，使其不得不花費更多燃料來維持正常的軌道運行。

除了遮光板以外，SpaceX還開發(fā)了射頻透明反射膜，后者可以把照射到衛(wèi)星上的多余陽光向外散射。

此外，SpaceX還在衛(wèi)星上部署顏色較深的材料，用以降低衛(wèi)星表面的反射性，它把第一代“星鏈”衛(wèi)星上的電池間襯墊顏色由白色調(diào)整為暗紅色，這能夠有效減小太陽能電池陣列的亮度。然而，值得注意的是，材料顏色的暗化會造成太陽能電池板的溫度提高，并導致性能的下降。

改變第二代“星鏈”衛(wèi)星設計以減小亮度

《衛(wèi)星運營商減少亮度最佳實踐》的計劃主要包括以下幾個方面。

第一，SpaceX在第二代“星鏈”衛(wèi)星上開發(fā)了一種具有低反射率的黑色材料，并將其覆蓋到衛(wèi)星的各種組件上。

第二，SpaceX將研發(fā)第二代介質(zhì)反射膜，并將其包裹到“星鏈”衛(wèi)星的最底部位置。

第一代和第二代反射鏡的對比

第二代介質(zhì)反射膜是SpaceX在第一代射頻反射膜基礎之上的全新升級，新版本采用雙向反射分布函數(shù)，能夠最大程度地提高薄膜的鏡面散射，相較此前，可降低亮度達到10倍以上。

具體而言，該薄膜里面有一個名為布拉格反射鏡的光學器件，該器件里還有著許多薄薄的塑料層。這些塑料層不僅具備不同的折射率，能通過產(chǎn)生干涉圖案的方式對光線進行反射，還增加了含有二氧化鈦和二氧化硅的保護層，能在無線電波順利通過的同時，避免對薄膜本身造成影響。

并且，SpaceX還計劃將這種介質(zhì)反射膜推向市場，以成本價在“星鏈”網(wǎng)站上出售，以幫助更多衛(wèi)星運營商減少因衛(wèi)星亮度產(chǎn)生的消極影響。

第三，若第二代“星鏈”衛(wèi)星的軌道抵達地球“明暗界線”的黑暗面時，SpaceX會改變衛(wèi)星上的太陽能電池陣列，使其朝向遠離太陽的方向，這種方法能夠降低衛(wèi)星將光線反射到地球表面的能力。

該公司告訴媒體：“這種偏離方向的操作將導致衛(wèi)星可用功率減少25%。盡管成本較高，但經(jīng)過專門設計的第二代“星鏈”衛(wèi)星能夠適應這種顯著的功率降低?！?/p>

SpaceX曾強調(diào)：“公司致力于通過“星鏈”來連接盡可能多的人，并改善地球上數(shù)百萬人的生活。”

未來，該公司仍將繼續(xù)聯(lián)合天文學界，努力減少衛(wèi)星發(fā)射、進軌、退役后推入大氣燃燒等工作過程中產(chǎn)生的不利影響。