太空中發生了一些根本性的變化。經過數十年的緩慢增長，自 2015 年以來，每年發射的航天器數量每兩年翻一番。而且這一趨勢沒有放緩的跡象，未來幾年計劃發射數以萬計的航天器。這種指數增長讓人想起莫耳定律，數十年來觀察到積體電路上的晶體管數量每兩年翻一番。過去六十年來，莫耳定律的延續以及計算能力的不斷增強和成本的降低已經改變了我們社會、經濟和生活方式的行程。我們能否見證類似的太空革命？
高登·莫耳 (Gordon Moore) 撰寫了他的開創性論文，莫耳定律由此得名，當時他觀察到的指數增長是基於不到六年的數據。同樣，擬議的太空莫耳定律的趨勢線僅在八年多的時間內呈指數增長。本著同樣的精神，考慮一下如果這種趨勢持續下去可能會發生什麽是有用的。
首先，有必要指出的是，最近新增的衛星幾乎全部都位於近地軌域，通常定義為高度低於 2,000 公裏。這些不是地球靜止衛星。這些衛星絕大多數是商業衛星，而不是政府衛星。 SpaceX 已經部署了5,000 多顆 Starlink 衛星，並計劃再部署至少 7,000 顆——可能多達 42,000 顆。中國剛剛發射了其計劃中的 1,3000 顆衛星「國王星座」中的第一顆。亞馬遜剛剛發射了第一個古柏衛星星座，該星座將擁有 3,236 顆衛星。中國G60星座最近申請發射12,000顆衛星。如果這些計劃成為現實，每兩年增加一倍的衛星發射數量似乎也可能會繼續下去。
最近衛星數量的增長很大程度上歸功於 SpaceX 的崛起，該公司在 2023 年平均每四天發射一次火箭。中國也做出了巨大貢獻，2023 年的發射率約為每六天一次。 SpaceX 是當前市場領導者的事實讓人回想起英特爾主導中央處理器 (CPU) 市場的時代。但領導者不斷變化——看看英特爾目前的市場地位就知道了——但莫耳定律仍在繼續前進。 SpaceX 是當今發射領域的領先者，但十年後還會如此嗎？
有趣的是，源自處理器莫耳定律的技術進步促進了太空莫耳定律的發展。航天器數量的增加不僅源於更多的火箭發射，還源於每次發射攜帶的衛星數量的增加。莫耳定律本身就導致了航天器部件的小型化，如今一次攜帶多達 100 顆衛星進入太空的發射並不罕見。但將指數增長率歸因於航天器或電腦是錯誤的加工到純粹的技術進步。
莫耳定律是技術、市場和經濟因素綜合作用的結果。經濟的
因素推動不斷增長的需求和不斷增長的期望。同樣，航天器的指數增長並不僅僅歸因於航空航天技術的進步。隨著發射率的提高，規模經濟和成本降低也隨之而來。隨著發射航天器變得越來越便宜，新的商業計劃變得可行。通訊和地球監測等關鍵服務越來越多地從太空提供，帶來了更多的資本投資，從而對衛星的需求更大。隨著公司競相滿足莫耳定律驅動的期望，無論是對積體電路還是對太空，指數增長可能成為一個自我實作的預言。衛星的增長率將繼續與衛星數量成正比（意味著指數增長）多久，還有待觀察。
如果航天器的發射率繼續每兩年翻一番，世界可能會看到本已嚴重的空間碎片問題更加嚴重。LeoLabs 公司的視覺化顯示了該公司目前正在近地軌域跟蹤的 20,000 多個物體的即時軌域。太空中的碰撞已經發生，每次碰撞都會產生更多碎片，增加衛星數量只會增加碰撞的風險。與空間碎片的碰撞是國際太空站（ISS）上太空人面臨的最大威脅之一。 20 年前，當我還是國際太空站的一名機組人員時，我們定期練習如何在空間站與空間碎片發生碰撞時密封泄漏和疏散。在一次太空行走中，我什至看到外部扶手上因碎片撞擊而留下了一個洞。幾乎所有的危險都來自大量的小碎片（10厘米及以下）。不幸的是，我們沒有一種經濟實惠的方法來清除太空中如此小的碎片。較低高度（500公裏以下）的空間碎片會在合理的時間尺度（不到幾十年）內自然地重新進入大氣層，但較高高度的碎片可以在軌域上停留幾個世紀。這意味著我們必須避免產生更多碎片，並更好地跟蹤那裏的碎片以避免被擊中。
美國商務部的任務是從國防部接管潛在空間碎片碰撞警告的公共警告，並最終提供空間交通管理服務，其中涉及活動衛星之間的協調。目前，太空中有近 8,000 顆活躍衛星（幾乎全部位於近地軌域），大約有 12,000 塊大於 10 厘米的碎片正在被跟蹤。設計一個只能跟蹤當前太空中物體數量的系統是短視的。無論我們部署什麽防止太空碰撞的解決方案，都必須能夠呈指數級增長，以滿足發射速度和規模不斷增加的現實。
如果太空莫耳定律繼續成立，這也意味著太空安全問題將呈指數級增長。快速增長的太空交通僅僅反映了太空的商業、戰略和軍事重要性。由於美國軍隊享有的許多優勢都取決於我們的通訊、偵察、指揮和控制的太空能力，因此我們可以預見，未來的軍事沖突將涉及試圖壓制我們衛星的對手。隨著衛星數量的猛增，潛在隱藏軍事威脅的衛星數量也在猛增。每顆近地軌域衛星大約每 90 分鐘繞地球一周。哪些衛星是潛在威脅？它們在任何特定時間都在哪裏？美國太空部隊面臨的挑戰是監控一個呈指數級增長的領域，其中有許多地方可以隱藏潛在威脅，並在受到攻擊時保持在該領域的作戰能力。這將需要強化空間系統，並使用自動化和可延伸的監控系統。同樣，我們的空間監測系統必須進行擴充套件，以滿足每兩年增加一倍的衛星發射量。隨著太空技術不再只是少數大國的領域，伊朗和北韓等新的太空參與者帶來了越來越多的惡作劇機會。
另一個明顯受到影響的領域是地面望遠鏡的天文學。在黎明和黃昏時地面仍然黑暗的幾個小時內，近地軌域衛星在太陽的照射下可以在天空中發出明亮的光芒。我記得，就在十年前，日落之後擡頭仰望，幸運地偶爾看到衛星經過。但現在這種情況很常見，甚至會汙染天文台拍攝的天空影像。這已經引起了研究人員的足夠關註，SpaceX 為其衛星設計了特殊塗層，以降低其反射亮度。鑒於衛星星座越來越大的計劃，衛星營運商可能需要做出調整，以減少對天空科學觀測的影響，例如在較低的高度飛行星座。
防止空間碎片、協調軌域以防止碰撞的標準，甚至可能對不遵守規定的處罰。無論這些法規采取何種形式，執行過程中都需要更多地監測軌域活動，以確保遵守規則。與其他活動和變化一樣，這些法規必須計劃在短短幾年的時間內使太空交通反復翻倍，以保持相關性。
任何關心執行太空衛星、太空安全、太空政策或投資太空技術的人現在需要考慮的真正問題是，他們的計劃如何受到太空莫耳定律的影響。這種趨勢所暗示的快速時間尺度需要兩個技術市場的快速發展。想想看，一部才六年的手機現在看來是多麽落伍。或者是 10 年前的網站，或者是幾年前的人工智慧能力。這是莫耳定律的必然結果。在這樣一個世界中，獲勝者將利用這些快速的發展時間來擊敗他們的競爭對手。
雖然我在這裏認為太空正在呈指數級增長，但每年發射的衛星數量是否是正確的衡量標準？事實上，我確實認為這個指標不可能永遠持續增長，特別是因為衛星實際上可能在某個時刻建造在太空中，因此從地球發射的速率將不再那麽重要。還要註意的是，莫耳定律多年來也被重新定義，最初預測積體電路上晶體管數量加倍，最終演變為今天經常參照的預測計算能力加倍的情況。莫耳定律幾十年來的持久力量部份歸功於這種重新定義。從戰略角度來看，最重要的是這樣一個概念：技術及其市場的某些指標的增長率與該指標的規模成正比，即呈指數增長。
正如莫耳定律在過去 60 年改變了我們的生活一樣，太空莫耳定律也可以在未來 60 年改變我們的生活。在太空方面，商業公司期望看到透過太空提供的服務和由此產生的利潤的巨大增長。在這樣的未來，投資者將看到呈指數級增長的機會。工程人才可能會在持續的反饋迴圈中跟進。這可能意味著人類進一步向太空擴張、新的科學發現和新的市場。這種太空經濟有潛力創造新的就業機會和財富來源，並改善我們在地球上的生活。
您是科學科普愛好者嗎？點選頭像進入主頁，私信並訂閱我的付費信件，即可獲得更多科學科普知識，每天30+篇科學領域文章，專為探索世界真理與科學的朋友準備。在百家號這裏更新的都不是即時內容，如想獲取更多，歡迎您訂閱宇宙與科學的付費信件。
