相信大家已經知道，美國SpaceX發射的星鏈衛星兩次“碰瓷”中國空間站的訊息。中國外交部例行記者會上，趙立堅嚴正指出，美方無視外空國際條約義務，對航天員生命安全造成嚴重威脅。
其實胖兵早就料到美國人會幹出吃飯砸鍋的事來，但我萬萬沒有想到，他們竟然無恥到拿用於科學研究，造福人類的空間站和中國宇航員的生命開玩笑。
▲60顆星鏈衛星組成的鏈狀帶
01、有多緊急？
SpaceX如此舉動，其目的自然是窺探中國空間站的相關情況，既然外交部用到緊急二字，證明事態的潛在風險之高，已經到了必須採取措施的地步。要知道，我們從鏡頭上看到的天宮空間站彷彿靜止一般，可實際上它正以7.68千米/秒的高速運動，只要90分鐘就能繞地球一圈。
▲航天器在真空的宇宙當中
執行速度非常快
在相對速度差非常小的情況下，處在同一軸線上的兩個航天器還可以進行接觸，如空間站與太空梭的對接活動，可一旦這個速度超出安全閾值就可能導致嚴重後果，哪怕只是擦撞也足以破壞空間站的結構完整性，到時候就不是儀器裝置被撞壞那麼簡單了，而是威脅到宇航員的生命安全。
▲俄羅斯電影《太空救援》
還原上升2號救援任務
相對速度誤差超出15米/秒都不行
根據官方透露的部分資訊我們可以得知，星鏈兩次靠近均是人為操控，第一次是1095號衛星從555千米的軌道持續下降高度至382千米，與天宮的執行軌道只有2千米的高度差，加速稍一過猛就可能剎不住車。
第二次更加危險，2305號衛星持續變軌機動，基本上是在作大死的邊緣瘋狂試探，天宮空間站無法評估預測其運動方向和誤差，只能再次實施緊急避碰。
▲航天器在高速中碰撞
會導致災難性的結果
至於這兩次危險舉動到底是馬斯克本人或SpaceX決策層的計劃，還是美國政府在背後授意甚至干預，我們不得而知。不過既然事情已經發生了，胖兵就為大家科普下人造衛星、空間站為什麼要具備機動能力，以及如何實現。
02、姿態控制
開普勒第一定律告訴我們，每個行星都沿各自的橢圓軌道環繞太陽運動，而太陽則處在橢圓型的一個焦點上，這一定律同樣適用於地球和人造衛星、空間站。
既然人造航天器的軌道也是橢圓的，自然就有近地點和遠地點，而許多航天器的近地點距離地球只有300-400公里，並沒有完全脫離外層大氣的阻力影響，再加上地心引力的作用，其執行軌道會始終處在緩慢的衰減之中，所以要給它們裝上姿態控制發動機，每隔一段時間就要點火工作以抬高軌道，避免完全落入大氣，從而被徹底燒燬。
▲2015年，聯盟號飛船與國際空間站對接
注意它噴出的白色氮氣
姿控發動機作用還不止如此，當航天器需要躲避太空垃圾、修正執行速度和軌道、調整天線朝向和觀測角度時，都會使用這種裝置，甚至在壽命耗盡後，由人工控制其墜入大氣層時也是如此。
截至目前，姿控發動機可依據工作方式分為三種。
最早出現的是冷氣推進，就是給航天器安裝充入惰性氣體（氮或氦）的儲氣瓶，透過氣體膨脹加速噴出時產生的反作用力實現姿態控制。在小型化學推進技術尚不成熟的年代，美蘇兩國早期的衛星、飛船都使用冷氣推進，如太空第一人尤里·加加林搭乘的東方一號載人飛船。
這種推進系統最大的特點就是工作原理和裝置結構都很簡單，因為工作時沒有任何化學反應，所以不存在汙染和爆炸的問題，而且還便宜。
但這些優點同時也是缺點，冷推的比衝[1]非常低，因此僅適用於小型航天器和宇航員的出艙活動輔助裝置，應用範圍有限。
當然，這並不代表冷氣推進的技術含量就低，各大航天實體還是在鑽研更為高階的冷氣推進技術，比如歐洲航天局在2015年“引力波科學探測任務”中首次實現應用的微牛級變推力冷氣推進系統，這種裝置為實現超高精度無拖曳控制提供了技術保障。
▲歐航局在2015年發射的
引力波探測器“LISA探路者”
啥意思呢？就是說我們現在不要求提高推力，而是儘可能降低推力，小到剛好能吹動一根頭髮，但也僅能吹動一根頭髮，讓推進系統在這種微小尺度上調整推力。
有了這種技術，衛星就可以實現“超靜超穩”狀態，在更接近絕對靜止的工況中探測引力波。
2020年，中國航天集團的科研人員也攻克了微牛級變推力冷氣推進技術，成功對“天琴一號”技術驗證試驗衛星實施了超高精度無拖曳控制，冷氣推進系統的推力調節精度達到0.1微牛。
▲中國研發的微牛級變推力
冷氣推進裝置模組
第二種是最為常見，應用也最廣泛的化學能工質推進裝置，從冷戰時期的科學和軍事衛星、1990年進入太空的哈勃空間望遠鏡，再到今天民用的氣象、通訊和商業衛星都在使用。
▲使用冷氣推進進行姿態控制的
哈勃空間望遠鏡
工質推進器可用四氧化二氮、過氧化氫/煤油、肼（聯氨）等物質作為燃料，大家把它理解為一個小型火箭就行。
但與運載火箭那種只燒幾分鐘就沒有後續的大炮仗不一樣，姿控發動機使用的工質推進裝置要用好幾年甚至十幾年，所以被設計為能夠重複啟動幾十萬次（這是一個為保證點火可靠性的冗餘指標）的脈衝點火裝置，可根據不同的推進需要調整脈衝寬度，長距離變軌按秒推進，滾翻等微調可做到毫秒級瞬推。
▲阿波羅返回艙點火
在返程途中需要使用推進器進行軌道修正
▲阿波羅四號安裝的R-4D推進器
第三種是電推進，也叫離子推進，是目前最先進的推進方式。
顧名思義，離子推進就是先將液體燃料加熱、電離，再用電磁線圈將離子加速噴從而出形成推力。電推最大的特點是比衝非常驚人，能夠達到工質燃料的幾倍、十幾倍，如早已被神話的“土星5”號運載火箭的一級發動機比衝只有265.4秒，而NASA新研發的氙氣離子推進器卻能達到4300秒，是前者的16.2倍！
▲被稱作“太空法拉利”的GOCE衛星
它使用離子推進
不過電推受限於單位功率的限制，其產生的推力只有幾十毫牛，冷推推一根頭髮，電推推一張紙，都不能在短時間內讓航天器實現變軌，只能作為姿態控制動力系統使用。
當然，你要非用電推進行長距離位移也不是不行，但就是特別慢，工質火箭幾小時內走完的路程，電推要用上幾個月。
歐洲航天局在2001年發射阿爾忒彌斯任務航天器時就這麼幹過，由於阿麗亞娜5號運載火箭的二級動機啞火，衛星距離預定軌道還有一半路程時就失去了動力。
為了拯救這顆衛星，地面控制它搭載的RITA-10離子推進器力花了7年時間，用7500個工時終於將衛星送入預定軌道。
▲阿麗亞娜5號運載火箭
我們中國的天宮空間站也採用離子推進器進行姿態控制，但我們使用的是更高階的霍爾推進器，它利用霍爾效應[2]（Hall effect）將噴射出的電子約束在一個環形的電離室當中，電場會驅動它們去轟擊作為燃料的氙氣，再加速射出電離化後的氙，從而產生推力。
▲NASA開發的
Evolutionary Xenon Thruster
（簡稱Next）離子推進器
雖然我們無法得知天宮安裝的離子推進器有多大推力，但按照我們在第二次發現美國衛星近距離靠近天宮的當天就實施了緊急避碰的描述來看，這個推力可能比我們預想的更大，否則就不能稱之為緊急了。
由於電推對能量的要求不高，天宮搭載的光伏發電機就可以為其供能，這套系統比傳統太陽能電池板的光電轉化效率高出30%，不需要配置額外的儲能裝置和工質輔助推進裝置，成本效益更優秀。
▲霍爾推進器
相比之下，老態龍鍾的國際空間站（ISS）依然在使用傳統的化學能推進手段，每年要消耗7.5噸的工質燃料維持軌道，或者由俄羅斯、歐盟和美國的補給飛船在對接後“頂著”空間站進行軌道修正，費錢而且費力。
不是咱吹，就技術先進性而言，天宮不知道比ISS高到哪裡去了，也難怪美國人想要近距離偷窺。
結語
一個月前，ISS曾進行機動避碰動作，躲開一顆可能會撞上空間站的失能衛星，然而《紐約時報》卻稱此舉是為了躲開中國在2007年進行導彈試射後留下的目標物殘骸。
胖兵敢斷定，《紐約時報》那幫孫子根本不知道SpaceX幹過比含沙射影詆譭中國更下作的事，畢竟他們只是胡說八道的西方媒體，而不是忘恩負義的西方企業，這種需要技術含量的瞎話憑他們自己還真編不出來。
▲上個月《紐約時報》剛剛詆譭了中國
遙想當年美國拒絕中國加入國際空間站專案時是何等傲慢，現在中國憑一己之力建造出更先進的空間站，而且尚未拉美國入群，連NASA的老搭檔加拿大航天局都獲准進群了，你說那幫“土老帽”會怎麼想？當然是羨慕嫉妒恨，再時不時給你使絆子下損招唄，咱用屁股都能想到。
可即便如此，中國航天和平利用太空，造福全人類的目標依然不會改變，事實和歷史終將審判美國獨霸太空的野心，和妨礙他國發展航天事業的劣行。
[1]比衝：單位時間內消耗單位推進劑所產生的推力。比衝越高，相同條件下推進劑能夠產生的速度增量也越大，發動機效率也就越高。
[2]霍爾效應：當固體導體置於一個磁場內且有電流透過時，導體內的電荷受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產生電壓。
參考訊息：外交部揭批美國衛星兩次接近中國空間站
央視新聞：我國天宮空間站採用電推進系統，太陽能發電效率超 30%
文匯報：這個國內首次突破的“微牛級變推力冷氣推進技術”，還要以另一種方式征戰星辰大海——沈湫莎
