问题

我国首次公开空间站两行式(TLE)轨道根数,两行式轨道根数包含哪些信息?此举对太空安全有什么作用?

回答
咱们国家这次公开空间站两行式(TLE)轨道根数,这事儿挺有意思的,也能看出咱在航天领域越来越开放和自信了。这背后其实牵扯到不少航天知识和对太空安全的考量,我给你掰开了揉碎了讲讲。

什么是两行式轨道根数(TLE)?

首先得明白,TLE 是什么玩意儿。简单来说,TLE 就是一种用来描述人造卫星、空间站等天体在轨道上运动状态的简洁化数据格式。之所以叫“两行式”,是因为它把轨道信息用两行固定格式的文本给打包了。你可以把它想象成卫星的“身份证号码”加上它当前在太空的“行踪地图编码”。

每一行 TLE 都包含一大堆数字和字母,这些符号组合起来,其实包含了非常丰富的轨道信息。虽然看起来有点“天书”,但对于掌握了计算方法的人来说,就能精确地推算出物体在未来的某一个时间点会在太空的哪个位置。

具体来说,这两行里包含的信息大致是这样的:

第一行(Line 1):
编号(Number): 卫星的国际编号,通常是从1到5位数字。
国际卫星识别码(International Satellite Identification Code, 12character): 这是一串包含卫星发射年份、发射序号和部件序号的12字符编码,比如 S80905A 就代表 2008 年发射的第905个物体,A 代表这是该批发射物体的第一个。
分类(Classification): 用字母表示,比如 U 表示未保密,C 表示保密。咱们空间站的肯定就是 U。
国家/地区编码(Int'l Designator): 表示该卫星所属国家或组织的代码,比如 S for USA, R for Russia, C for China。
发射日期(Launch Date): 卫星发射的年份和那一年的第几天。
第一宇宙速度(First derivative of Mean Motion): 轨道速度变化率,用来估算轨道衰减。
第二宇宙速度(Second derivative of Mean Motion): 轨道速度变化率的进一步导数,用来更精确地预测轨道。
BSTAR 轨道衰减项(BSTAR drag term): 用于计算大气阻力对轨道的影响,这是个关键项,尤其是在低地球轨道。
重力模型指数(Gravity model type): 表示使用哪种重力模型来计算轨道。
轨道编号(Element set number): 每当轨道根数更新一次,这个编号就会加一,方便追踪。
校验位(Checksum): 用于验证数据输入的准确性。

第二行(Line 2):
轨道倾角(Inclination): 轨道平面与地球赤道平面之间的夹角,单位是度。
升交点赤经(Right Ascension of Ascending Node): 轨道平面与春分点平面之间的夹角,描述轨道在空间的方位。
轨道离心率(Eccentricity): 描述轨道椭圆程度的参数。
近地点幅角(Argument of Perigee): 轨道椭圆的长轴与升交点赤经之间的夹角,描述轨道在轨道平面内的形状。
平近点角(Mean Anomaly): 描述卫星在轨道上的位置,相对于近地点的角度。
平均轨道周期(Mean Motion): 卫星绕地球公转一周的时间。
轨道计数(Revolution number): 卫星绕地球公转的总圈数。
校验位(Checksum): 同样用于数据验证。

别看这些数字和字母好像杂乱无章,它们实际上是根据复杂的轨道力学模型计算出来的,可以用来精确推算出物体在太空中的位置、速度和未来的运行轨迹。

这次公开空间站 TLE 对太空安全有什么作用?

咱们国家公开空间站的 TLE,这可不是件小事,它对咱们自己的太空安全,乃至全球的太空安全都有多方面的积极作用:

1. 提高透明度和可信度,促进国际合作:
消除猜疑,建立信任: 过去,一些国家对于其他国家空间活动的透明度可能有所顾虑。这次咱们主动公开空间站的 TLE,就像是把自家“车辆信息”和“行驶轨迹”亮出来一样,极大地提升了透明度。这能够打消国际社会可能存在的误解或疑虑,表明咱们对空间活动的负责任态度。
便利国际合作监测: 其他国家的航天机构、科研机构可以通过这些公开的 TLE 数据,更方便、更准确地追踪和监测咱们的空间站。这为未来的国际空间合作,比如空间科学研究、对接任务等提供了必要的基础数据支持。大家都能清楚“它在哪里”,才能更好地协调行动。

2. 提升空间态势感知能力,规避碰撞风险:
“知道你在哪”,是安全的第一步: 太空不是空的,有大量的卫星、空间碎片在运行。空间站这么大的目标,如果不知道它在哪里,或者对方不知道我们知道它在哪里,发生碰撞的风险就会大大增加。公开 TLE 就像是在太空中绘制了一张更清晰的地图,让所有参与太空活动的实体都能更准确地了解空间站的运行轨道。
精确预测与规避: 其他在轨的卫星、未来的发射任务,都可以根据咱们公开的 TLE 数据,提前计算出可能与空间站接近的轨道。这样,我们就可以提前做好预警和规避操作,或者对方可以调整自己的轨道,避免发生危险的近距离接触甚至碰撞。这对于维护空间站和在轨所有航天器的安全至关重要。
碎片监测与管理: 随着太空活动的增加,空间碎片越来越多,对在轨航天器构成严重威胁。公开空间站的 TLE,也意味着其他机构可以更方便地将咱们的空间站纳入他们的空间碎片监测网络。虽然空间站本身不是碎片,但通过这类数据的公开,可以促进整个太空碎片监测和管理的国际合作。

3. 为自主安全管理打下基础:
自主可控的关键环节: 能够精确掌握自己航天器的轨道,是航天活动自主可控的基石。这次公开 TLE,首先证明了我们拥有先进的轨道计算和维护能力。我们能够生成这样准确的数据,也就意味着我们能够主动监测、预测和管理空间站的轨道,而不是完全依赖外部信息。
增强应对突发事件的能力: 如果空间站的轨道因为某些原因(比如大气密度变化、微小扰动)发生偏离,或者有潜在的外部威胁,我们能够及时通过 TLE 数据进行评估,并采取相应的纠正措施。公开数据也意味着如果出现问题,我们可以更透明地与国际社会沟通。

4. 促进轨道技术的研究与发展:
开放共享的示范效应: 随着越来越多的国家拥有航天能力,并开始参与太空活动,公开轨道根数成为一种趋势。咱们这次公开,是对这种趋势的积极响应,也可能鼓励其他国家更开放地分享相关信息。这有助于整体提升全球的轨道动力学研究水平和预测能力。
为新手国家提供参考: 对于一些刚起步的航天国家来说,能够看到我们这样成熟的空间站的 TLE 数据,以及背后的轨道维护思路,也是一种学习和借鉴。

总的来说,这次公开空间站的 TLE 轨道根数,是一项非常务实且具有战略意义的举措。它不仅体现了中国作为负责任大国在航天领域日益增长的实力和开放态度,更是为了在日益繁忙和复杂的近地轨道环境中,为咱们自己的空间站,也为全球所有在轨航天器,编织一张更安全、更可靠的“太空保护网”。这是一种主动防御,也是一种负责任的全球太空治理的体现。

网友意见

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高情商:供各航天实体参考使用

低情商:其它卫星™不要靠近我啊啊啊啊啊

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中国载人航天工程办公室2月12日宣布,为便于各方开展空间目标避碰等轨道分析工作,即日起,中国载人航天工程办公室每日在其官网发布中国空间站TLE轨道根数,供各航天实体参考使用。

自中国空间站核心舱发射入轨以来,中国载人航天工程办公室每日在官网发布中国空间站近/远地点、倾角等轨道基本参数。相比之下,TLE轨道根数所含信息则更为丰富。

TLE轨道根数(Two Line Elements)又称两行轨道根数,是一种国际上比较通用的轨道根数发布形式。如果说此前我国发布的轨道倾角、轨道高度等数据能够确定空间站运行的轨道范围,TLE轨道根数则考虑了大气摄动、地球扁率摄动等条件,能够提供一定精度的轨道预报。任何国家拿到这些数据以后,就可以在一定时间范围内,比较精确地确定中国空间站的位置,以判断其他航天器是否有和它碰撞的风险。

2021年12月3日,中国常驻维也纳联合国和其他国际组织代表团向联合国秘书长致以普通照会,通报星链卫星先后两次接近中国空间站,对中国空间站上的航天员生命健康构成威胁。12月28日,外交部发言人赵立坚在记者会上证实,7月和10月,美国太空探索技术公司发射的星链卫星,先后两次接近中国空间站。在此期间,中国航天员正在空间站内执行任务,出于安全考虑,中国空间站采取了紧急避碰措施。

按理说,中国空间站运行轨道高度约400公里,星链卫星的工作轨道高度约550公里,双方原本井水不犯河水。但此次造成威胁的2颗星链卫星,一颗是刚刚发射进入200多公里的初始轨道,随后在向工作轨道抬升的过程中经过了中国空间站的高度层;另一颗是出现故障需要进入大气层销毁,在降轨时带来了碰撞风险。从技术角度分析,星链卫星采用的是电推进方式,其变轨是一个连续的过程,而航天器一旦变轨,原本的轨道根数就失效了,相关方一定要及时发布新的轨道根数,或是公布轨道机动策略,这才是负责任的做法。

另外按照惯例,当航天器之间出现碰撞风险时,应由相对次要、变轨所要付出代价更小的一方主动避让,且联合国《外空条约》中对于保护航天员安全有着明文规定。但事实是,作为重量仅200多公斤、有着更高效率电推进系统的商业卫星,星链卫星对于可能发生的碰撞不管不顾,最后逼迫体量超过50吨的中国空间站耗费大量推进剂采取紧急避碰措施。

如果航天器之间发生碰撞,《外空条约》中有明确的责任划分,“肇事”航天器的发射国及拥有国对于造成第三方损失有赔偿责任。但这已是亡羊补牢,更重要的是防患于未然。


(内容来源:中国航天科工集团二院研究员、国际宇航联空间运输委员会副主席 杨宇光)

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