人类头顶上方的八千吨垃圾如何解决中

近地轨道上的凯斯勒效应已然开始

如今,像SpaceX、OneWeb等卫星运营商打着联通全世界的旗号,在低地轨道布设小卫星,此举将增加卫星碰撞的可能性,“这将是未来太空最大的危险”。

年2月10日,在西伯利亚泰梅尔半岛上空公里的高度,美国铱卫星公司的铱星33号和俄罗斯的宇宙卫星发生碰撞,撞击时的相对速度为11.6公里/秒,产生至少多片碎片。这是人类历史上首次近地轨道人造卫星碰撞事件。碰撞时,铱星仍处于工作状态,俄国卫星已废弃多年。

马斯克的SpaceX计划于年前实现“星链”宏图,部署共计1颗低轨道卫星,至今已有颗卫星在轨运行。除此之外,马斯克预计还将向低地轨道贡献颗小卫星。SpaceX的竞争对手波音、亚马逊等近年来也在向联邦通信委员会提交申请,预计向近地轨道发射总计颗商用卫星。此外,OneWeb也将像SpaceX一样,发射总计超过颗卫星。年10月,非洲国家卢旺达宣布了更为疯狂的发射计划,将在未来发射30颗小卫星。

对于低地轨道卫星发射来说,在哪里发射、发射多少颗并没有一定之规,通常是各国先到先得,跑马圈地。根据联合国的外层空间物体指数,截至年9月,近地球轨道约有颗运行中的卫星。

年,美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒曾提出一种假设,当低地轨道物体密度足够高时,物体间碰撞会产生碎片,碎片又会与其他物体碰撞,产生更多碎片。

一系列连锁反应后,最终,会导致卫星轨道资源被碎片包围,造成永久性破坏,以致无法开展太空活动。这被称为“凯斯勒效应”。凯斯勒认为,目前业界已达成共识,碎片环境已达到临界点,即便现在停止所有发射,碎片依然会继续增加。至于凯斯勒效应,“它已经开始了,虽然碰撞尚不剧烈,规模也还不大”。

亚伦·博利是英属哥伦比亚大学的一名天文学家。他在年3月发表在《科学报告》上的一篇文章中提到,在近地球轨道上,已有超过1个直径10厘米及以上、可追踪的碎片。如果统计直径降至1厘米,碎片数目可能达上百万个。

诸如星链等低成本卫星的普遍扩散进一步加剧了近地球轨道的环境压力。博利还分析说,虽然SpaceX声称发射卫星将在5到6年使用寿命结束时主动离轨,但离轨的整个过程需要6个月。如果其他公司也如此操作,这意味着数以千计的离轨卫星将缓慢穿过同一个拥挤的空间,构成碰撞风险。

离轨的卫星将被追踪,以避免和碎片近距离交会。但能否真正避免“太空交通事故”,这取决于各个运营商间能否持续沟通与合作,目前这样的合作是“临时和自愿”的。

除了使太空更为拥挤,小卫星的集聚还会对天文观测造成影响。太阳光从航天器上反射,会使得天空可能变亮两到三倍。由于卫星大部分为铝制,大量卫星及碎片再入大气还会带来铝在大气中的沉积,火箭发射产生的黑碳、烟灰会使得气候变暖,破坏臭氧层。当碎片落回地球,还有可能给人类带来意外袭击。

惹不起还躲不起吗?

面对无处不在的空间碎片,主要航天国家和国际组织只能采取“惹不起,躲得起”的方式,对其重点航天器执行碰撞预警和机动规避。截至年,国际空间站已执行规避危险碎片操作28次,仅年就有3次。欧洲航天局平均每颗低轨卫星每年需执行两次避碰操作。

实现规避和预警,就要建立对空间碎片的观测和预报系统。

年3月,美空军新一代地面雷达系统——“太空篱笆”上线。这一雷达系统位于北太平洋马绍尔群岛属地内,可追踪到近地轨道尺寸为1至10厘米间的20万件太空垃圾。

年,美国宇航局将一太空碎片感应器连接至国际空间站的实验舱外部,用以探测在地面上难以查明的毫米级碎片。航天器进而通过调整发射时间,或在轨运行时长,改变与碎片碰头时间或轨道高度,达到规避目的。

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