太空碎片问题呈指数级恶化,现在威胁着正在工作的卫星

心莲当下 2025-04-04 16:54:58

数以千计的卫星环绕我们的星球,以观察天气模式、连接远程社区并为导航应用程序提供支持。它们的轨道上塞满了太空碎片——废弃的助推器和过去任务中散落的碎片——造成的危险似乎从未如此紧迫。

这些观察结果来自欧洲航天局太空碎片办公室的艾玛·史蒂文森 (Emma Stevenson),她帮助汇编了有关未使用的卫星、剩余的火箭硬件和无数碎片如何危及正在进行的任务的数据。

她和她的同事们监测了近地轨道及更远轨道上的持续交通,注意到威胁我们太空未来的碎片模式。

了解太空碎片 – 基础知识

太空碎片基本上就是我们在轨道上制造的垃圾场——旧卫星、破损的火箭部件和过去碰撞产生的微小碎片,它们以疯狂的速度漂浮在地球上。

每件作品,无论多么小,都有可能造成严重损坏。想想看:以每小时 17,000 英里的速度移动的油漆碎片可以在航天器上打一个洞。

国际空间站不断跟踪这些东西,偶尔不得不躲避它。这就像试图在车流中行驶,同时避开一大群看不见的高超音速弹珠。

如果我们不处理好这个烂摊子,事情可能会变得更糟。科学家们担心一种叫做凯斯勒综合症的东西——一种情况是一次碰撞会产生更多的碎片,从而导致更多的碰撞,依此类推,直到太空变成一个巨大的、致命的弹球机。

如果发生这种情况,发射卫星(甚至宇航员)可能会变得太危险,我们将无法访问 GPS、天气数据和我们每天依赖的大量现代通信系统。

太空碎片的数量远远超过卫星

这些新数据显示,地球周围有 40,000 多个被跟踪的物体,但只有不到三分之一是正在工作的航天器。由于碎片不断增长,清理是必要的。

史蒂文森说,即使没有任何额外的发射,太空碎片的数量也会继续增长,因为碎片事件添加新碎片天体的速度比碎片自然重新进入大气层的速度要快。

专家将这种自我维持的碰撞周期称为凯斯勒综合症,这种现象在 1970 年代首次被描述。它可能会使某些轨道对新卫星来说太危险,甚至危及人类的太空飞行路线。

主要碎片事件

碎片大多来自剩余燃料、电池爆炸甚至故意测试引起的突然破裂。

去年发生了几起涉及 SpaceX Starship 试飞的严重事件。每一次事件都会释放出数百枚锋利的碎片,以每小时数千英里的速度飞行。

这些碰撞有撞到活跃卫星的风险,并且每次碰撞都会使垃圾场成倍增加。作员不断检查是否有近距离接近。

然而,事实证明这是一个更加困难的过程,因为新卫星的数量有时会超过某些轨道上的碎片。

更短的轨道,上升的再入

对碎片指南的遵守情况的提高已将许多卫星推向较低的航线。它们的轨道衰减得更快,这加快了重返大气层的速度,并缩短了它们绕地球飞行的时间。

这种趋势解释了为什么完整的天体现在会离开轨道。事实上,太空碎片平均每天从轨道上掉下来 3 次。

尽管许多航天器安全地重新进入,但更大的航天器可能会留下到达陆地或海洋的有害残留物,在此过程中造成污染。

切割太空碎片以保护卫星

世界各地的组织都在更新碎片规则,以比之前的 25 年限制更早地清理卫星和火箭级。

有些人现在的目标是五年或更短的时间来减少碎片负载并遏制灾难性的碰撞。

推进包括直接检索大量废弃卫星和用过的火箭段。主动移除任务正在开发中,运营商的目标是设计具有更好钝化系统的未来航天器。

这将减少轨道上的爆炸并减少有害的太空碎片数量。

卫星与垃圾:新的交通拥堵

卫星最活跃的区域位于地球上方 300 到 700 英里之间,那里正在运行的航天器的密度现在可与碎片相媲美。

欧洲航天局的 MASTER 工具显示,在这些拥挤的频段中,大于一厘米的卫星碎片数量(大到足以摧毁卫星)几乎等于工作有效载荷的数量。

随着卫星星座的增长,数千个小型单元一起发射,一些轨道类似于没有红绿灯的高速高速公路。

由于轨道速度超过 17,000 英里/小时,即使是螺丝或油漆屑等微小物体也可能以爆炸力撞击。

忽视混乱的代价

模拟显示,如果目前的趋势继续下去,未来几十年灾难性碰撞的数量可能会急剧增加——即使没有一次新的发射。

这将削弱我们赖以进行气候监测、通信和灾害响应的天基服务。

欧洲航天局的报告强调,主动清除碎片和更严格的全球标准是必要的。如果不制定这些程序,太空可能无法用于未来的任务。

史蒂文森和她的团队正在敦促国际航天机构和商业公司致力于制定协调一致的清理策略,并执行更严格的任务后规则,以减少太空中不断增长的碎片杂乱。

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心莲当下

简介:发现生活矛盾,学会独立思考,提出解决方案