SpaceX与天文学界合作，改变第二代Starlink卫星设计以减小亮度

SpaceX 曾屡屡因为 Starlink 卫星在夜晚亮度过高影响天文观测而遭到众多质疑。近日，该公司发布了一个叫做《卫星运营商减少亮度最佳实践》（Brightness Mitigation Best Practices for Satellite Operators）的文件，公布了公司与天文学界合作，减小 Starlink 卫星亮度的解决方案。

SpaceX 表示：“这些缓解措施有望使 Starlink 卫星在标准操作高度时肉眼不可见。”

尝试多种方法，SpaceX 致力减小第一代  Starlink 卫星亮度

人造卫星本身不会发出光亮,人类之所以能够通过肉眼看到卫星上的亮点，是因为自然阳光照射到卫星表面的材料后再反射到地球上造成的。如果太阳光照射到了卫星，在地球上居住的人们就有在晚上看到它们的可能性。

近年来，为减小 Starlink 卫星的亮度，SpaceX 做出了诸多努力。

根据 SpaceX 的声明，当 Starlink 卫星的轨道到达“明暗界线”（也即地球上白天和黑夜的边界）的黑暗面时可以反射阳光。所以，通常情况下，在黎明前的头几个小时或黄昏后的最初几个小时，观测者能在地面上看到卫星的存在。

而天文专家对太阳系内小行星的观测通常是在黄昏时分进行，因此，卫星的亮度会给天文研究造成不良影响。

为了解决这个问题，SpaceX 从光线以镜面或漫射方式完成散射的原理出发，首先确定了导致卫星亮度太高的几个相关因素。和漫射光从多个角度进行反射不同，镜面光在反射时遵循一定的反射角度。

（来源：SpaceX）

卫星表面材料具有反射性，这是造成卫星会发出光亮的重要原因。因此，只要找到一种反射性较低，又能吸收光线来降低反射光亮度的材料，并将其应用到卫星上，就能有效解决亮度过高的问题。

此前，为了降低第一代 Starlink 卫星的亮度，SpaceX 主要开发了遮光板、射频透明反射膜以及太阳能电池板支撑材料。

（来源：SpaceX）

遮光板由一种对无线电频率不可见的材料制备而成，将它安装在卫星的底盘上，可以阻挡阳光的照射。不过，这种遮光板在实际应用的过程中存在较多局限，不仅会阻碍 Starlink 卫星的激光连接，也会对卫星造成巨大的阻力，使其不得不花费更多燃料来维持正常的轨道运行。

除了遮光板以外，SpaceX 还开发了射频透明反射膜，后者可以把照射到卫星上的多余阳光向外散射。

此外，SpaceX 还在卫星上部署颜色较深的材料，用以降低卫星表面的反射性，它把第一代 Starlink 卫星上的电池间衬垫颜色由白色调整为暗红色，这能够有效减小太阳能电池阵列的亮度。然而，值得注意的是，材料颜色的暗化会造成太阳能电池板的温度提高，并导致性能的下降。

改变第二代 Starlink 卫星设计以减小亮度

《卫星运营商减少亮度最佳实践》的计划主要包括以下几个方面。

第一，SpaceX 在第二代 Starlink 卫星上开发了一种具有低反射率的黑色材料，并将其覆盖到卫星的各种组件上。

第二，SpaceX 将研发第二代介质反射膜，并将其包裹到 Starlink 卫星的最底部位置。

第二代介质反射膜是 SpaceX 在第一代射频反射膜基础之上的全新升级，新版本采用双向反射分布函数，能够最大程度地提高薄膜的镜面散射，相较此前，可降低亮度达到 10 倍以上。

具体而言，该薄膜里面有一个名为布拉格反射镜的光学器件，该器件里还有着许多薄薄的塑料层。这些塑料层不仅具备不同的折射率，能通过产生干涉图案的方式对光线进行反射，还增加了含有二氧化钛和二氧化硅的保护层，能在无线电波顺利通过的同时，避免对薄膜本身造成影响。

并且，SpaceX 还计划将这种介质反射膜推向市场，以成本价在 Starlink 网站上出售，以帮助更多卫星运营商减少因卫星亮度产生的消极影响。

▲图 | 第一代和第二代反射镜的对比（来源：SpaceX）

第三，若第二代 Starlink 卫星的轨道抵达地球“明暗界线”的黑暗面时，SpaceX 会改变卫星上的太阳能电池阵列，使其朝向远离太阳的方向，这种方法能够降低卫星将光线反射到地球表面的能力。

该公司告诉媒体：“这种偏离方向的操作将导致卫星可用功率减少 25%。尽管成本较高，但经过专门设计的第二代 Starlink 卫星能够适应这种显著的功率降低。”

SpaceX 曾强调：“公司致力于通过 Starlink 来连接尽可能多的人，并改善地球上数百万人的生活。”

未来，该公司仍将继续联合天文学界，努力减少卫星发射、进轨、退役后推入大气燃烧等工作过程中产生的不利影响。

参考资料：
https://www.teslarati.com/spacex-shares-how-its-making-starlink-satellite-less-bright/
https://www.techtimes.com/articles/278620/20220729/spacexs-starlink-design-change-reduce-brightness-2nd-gen-satellites-use.htm
https://www.pcmag.com/news/starlink-satellites-get-upgrades-to-prevent-interference-with-astronomy