与太空垃圾的碰撞过程

随着越来越多的卫星和航天器被发射到太空，小块的太空垃圾正成为一个问题，有可能威胁到未来监测地球的重要行动

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通过凯瑟琳早期

森林砍伐、重新造林、石油泄漏、塑料污染、冰川融化、非法捕鱼，甚至某一冰原上的海象数量都有一个共同点——它们可以从太空中被监测到。

地球观测——通过卫星携带的遥感技术和成像设备收集关于地球物理、化学和生物系统的信息——是近年来许多科学研究的基础。事实上，政府间气候变化专门委员会在其报告中使用的大部分数据都是由卫星收集的。188bet真人荷官关于冰盖融化的数据，结合强大的模型，导致了预测:到2050年，北冰洋将至少有一次在夏季基本无冰。根据英国航天局该公司参与了多个地球观测项目，精确监测和模拟气候变化所需的56种数据中有一半只能从太空测量。188bet真人荷官

但是，如果发射卫星的环境变得过于危险，以至于这项重要的科学研究无法继续进行，那该怎么办呢?太空专家和操作人员越来越担心太空碎片带来的危险——旧卫星、废火箭体，甚至那些使用后仍留在轨道上、燃料耗尽或只是被宇航员丢弃的维护工具。

碎片可以继续围绕地球运行数百年。目前，大约有36500个直径约为10厘米的碎片在轨道上，还有100万个直径在1到10厘米之间的碎片，还有1.3亿个更小的碎片。尽管这些碎片大多很小，但它们的速度约为每秒10公里，所以即使是很小的一块碎片也会造成灾难性的破坏，甚至摧毁另一艘航天器。

这种危险在2014年NASA的Suomi NPP卫星，收集长期气候变化和短期天气状况的数据，188bet真人荷官
差点被一块估计直径在10厘米到1米之间的碎片击中。碎片正以每小时27000多公里的速度直接向卫星飞去。以这样的速度，它不仅会摧毁卫星，还会产生数以千计的新碎片，进而可能威胁到其他卫星。

美国国家航空航天局的这颗卫星成功地脱离了危险，但这种操作的需求正变得越来越普遍。欧洲航天局(ESA)太空安全项目负责人霍尔格·克拉格(Holger Krag)说:“我们大约每两周进行一次避免碰撞的演习，这很可怕，但现在这很正常。”“一个非常非常小的碎片可能会造成很大的伤害——你基本上可以假设一个一厘米的物体就能杀死一艘航天器。”

而且它们的成本很高——在地面上花费数小时监测天空，计算风险和规划操作，而操作本身会导致燃料浪费和设备关闭时数据收集的丢失。随着碰撞警报数量的增加，欧洲航天局认为，运营商将不可能手动响应所有的碰撞警报，将需要自动化系统。

新太空时代

对太空碎片的恐惧随着新一轮太空探索的开始而加剧时代在太空飞行中。发射的卫星数量呈指数级增长，因为更小的尺寸意味着一枚火箭可以携带几颗卫星，降低了成本。与此同时，人们对超高速互联网连接的需求激增。这些新卫星通常被发射到近地轨道——距离地球表面约160 - 1000公里。

目前被送入太空的绝大多数卫星都是重量为100 - 1000公斤的小型商业卫星。企业家埃隆·马斯克(Elon Musk)拥有的SpaceX等私人公司正在以大型“星座”的形式发射卫星，这些巨大的集群协同工作，提供更高效、更一致的服务。

欧洲航天局估计，目前在轨道上运行的卫星有6000颗。根据爱丁堡大学天文研究所天文学的权威教授安迪·劳伦斯教授的说法，这一数字在两年内翻了一番失去天空这本书记录了这个问题。

劳伦斯分析了即将到来的卫星发射许可申请;如果所有这些计划都得以实施，到2030年，环绕地球运行的卫星可能会多达10万颗。仅SpaceX一家公司就计划发射3万多颗第二代星链卫星。

令人担心的是，除非采取激进的措施防止空间碎片的扩散，否则不断增长的云团将达到一个临界点，碰撞将形成一个不可阻挡的级联——一次碰撞产生的碎片将衍生出其他碎片，如此循环下去——这种现象被称为凯斯勒综合症，以美国宇航局科学家凯斯勒的名字命名，他首次预测了这种现象。

如果这成为现实，近地轨道可能无法用于未来的空间任务，包括地球观测部门的任务。克拉格说:“我们从欧盟哥白尼卫星任务中获得的服务，如监测森林火灾、测量二氧化碳和海平面上升，这些非常重要的环境数据都面临风险。”他补充说，更高的轨道可以用于地球观测，但那将昂贵得多。

碎片跟踪

大于10厘米的碎片可以通过雷达、望远镜等地面传感器以及天基系统从地球上追踪到。美国在其空间监视网络下拥有最先进的跟踪能力，但欧盟和英国最近在跟踪技术上投入了大量资金。欧洲空间局的目标是到2030年，自己的任务产生的空间碎片为零，并希望其他国家也能效仿。“我们需要格外小心。我们希望欧空局的方法被采纳，否则，我们甚至会在开始正确使用空间之前就失去空间。

对太空碎片的担忧并不新鲜。2007年，由政府组织组成的机构间空间碎片协调委员会发布了自愿准则，涵盖了如何以可持续的方式设计、发射和处理空间任务，以防止产生新的碎片。根据每年发布空间碎片报告的欧洲航天局，大约一半的航天器被认为是可持续的方式处理——要么是受控地重返地球大气层，在那里它们会被烧毁，要么是被放置在25年内自然衰变的轨道上。

然而，仅仅提高对指导方针的遵守程度还不足以防止现在呈指数增长的碎片，Krag说。即使在设计任务时遵循最佳实践，这种任务的持续时间长达数年，这可能意味着技术故障可能导致来自地球的航天器失去控制。如果它仍然充满燃料，它甚至比其他碎片更危险，因为它可以引起爆炸，并击中其他航天器。

近地轨道对科学至关重要

空间使用者意识到碎片风险的增加，并感到关切。例如，英国南极调查局(BAS)的科学家在冰原上工作时，就使用铱星卫星电话进行通信。失去这种通信方式的主要影响将是科学家的安全，BAS的高级空间气象科学家Mervyn Freeman解释道。出于这个原因，他们通过甚高频无线电保持备份，他补充道。

但BAS也使用卫星进行遥感，包括测量南极冰盖的高度，以便计算冰盖流动的速度和冰损失的速率和幅度。弗里曼说:“在我们依赖卫星遥感的研究中，这是非常重要的一部分，因此失去近地轨道卫星的能力将是非常有害的。”

私人卫星公司坚称他们的运营是可持续的。SpaceX表示，其所有卫星都配备了机载自主避碰系统，确保卫星能够机动避免与其他物体发生潜在碰撞。该公司有意利用600公里以下的高度，使其失去控制的任何卫星，或意外产生的碎片，失去高度并脱离轨道，在5到6年内在大气层中烧毁。该公司声称，这大大降低了持续轨道碎片的风险，大大超过了国际标准。地球观测公司Planet运营着200多颗地球成像卫星，每天拍摄地球上的每一个区域。该公司也表示，出于同样的原因，它有意选择在较低高度运行卫星。

然而，SpaceX的竞争对手Viasat正试图通过法院阻止卫星发射到近地轨道的增长，认为这是不可持续的。它自己的服务大多使用地球静止轨道，这比SpaceX使用的近地轨道高，因此服务速度较慢。它希望迫使美国联邦通信委员会——负责发放太空发射许可证——将《国家环境保护法》应用于太空任务，这意味着卫星运营商必须进行环境影响评估，才能获得许可证。

美国上诉法院的最终裁决尚未达成，但劳伦斯——代表Viasat公司提供了一份专家声明——希望这将树立一个国际先例，对卫星的影响进行适当考虑，并提前评估所有风险。他说，美国仍然主导着太空活动，所以很多人都在关注他们，并追随他们的脚步。

许多政府和私人公司现在都在积极讨论解决空间碎片问题的方案，一方面是为了提高避免碰撞的几率，另一方面是为了回收部分碎片。更多的

高级跟踪也是解决方案的一部分。苹果联合创始人史蒂夫·沃兹尼亚克(Steve Wozniak)与前苹果同事亚历克斯·菲尔丁(Alex Fielding)和德克萨斯大学(University of Texas)航空航天工程和工程力学副教授莫里巴·贾(Moriba Jah)共同创立了一家初创公司Privateer Space。该公司计划为地球轨道上的卫星和碎片提供开放获取和近时间可视化，以帮助太空用户避免碰撞。

在6月底于伦敦举办的一次国际峰会上，英国科学大臣乔治·弗里曼宣布了政府的太空可持续发展新计划，其中包括一项建议，将太空任务的保费和融资成本与遵守行业标准的问题联系起来，如改进卫星修理和回收，以及可持续供应链，以便更可持续的任务获得更便宜的交易。

另外，世界经济论坛、欧洲航天局、麻省理工学院、德克萨斯大学和分析和工程公司BryceTech已经推出了空间可持续性评级，该评级根据各种与碎片有关的标准来评估任务，如避免碰撞策略、与其他空间用户的信息共享以及探测、识别和跟踪航天器的容易程度。

清理太空碎片

但一些评论人士认为，这些努力即使成功，也不足以解决问题。一些国家正在实施积极碎片清除(ADR)的宏伟计划，这将看到专门发射的任务，以回收已经在轨道上的碎片。第一颗卫星将于2025年发射。瑞士初创企业ClearSpace SA将领导一个团队，捕获欧洲航天局2013年织女号任务留下的一个112公斤重的废弃火箭部件。然后，飞船和捕获的火箭部件将被带下来，重新进入地球大气层，在那里它将被烧毁。

这项耗资8600万美元的项目由欧空局出资，欧空局希望在进行更大、更具挑战性的天体探测之前，先用它来演示这项技术，甚至可以在同一任务中捕获多个天体，从而降低成本。欧洲航天局的目标是到2030年实现零碎片，这意味着，如果碎片无意中被遗留下来，该机构将不得不花钱请清理服务将其清除。它希望这项工作能激励其他国家航天机构和公司开展类似的项目，并最终建立ADR市场，因为完全避免产生更多碎片是非常困难的。

物体在空间中移动的速度使得ADR在技术上极具挑战性。另一个问题是被清除碎片的年代——更现代的火箭和卫星可以在设计时考虑到清除，例如，包括可以连接清除船的停靠基础设施。ClearSpace 1号任务的目标火箭没有这样的设备。被派去捕获它的船只有四个“手臂”，可以从四面八方抱住火箭碎片，把它打下来。

今年1月，英国政府宣布投入170万英镑，用于13个追踪和清除太空碎片的研发项目。其中包括初创企业Oxford Dynamics和In-Space Missions正在开发的一种基于人工智能的工具，它可以采取自主行动避免碰撞。与此同时，初创公司Magdrive和南安普顿大学正在开发一种“母舰”，可以将多个小型航天器送入轨道，发射到碎片上，并将它们运送到它们将被烧毁的地方。

英国航天局(UK Space Agency)参谋长雅各布•吉尔(Jacob Geer)表示，英国正在与牛津郡(Oxfordshire)的一个任务控制中心一起开发新的机器人技术，将控制与碎片对接并将其移除的航天器。他补充说，这些计划预计将在2026-27年投入使用。

包括美国、日本和澳大利亚在内的其他几个国家正在调查残骸的清除。吉尔说:“与其让全世界都同意采取同样的措施，不如让几个主要国家共同努力，分享想法，这样做的效果会非常强大。”

克拉格认为，在某种程度上，国际社会将不得不达成一项法律制度，以便同样的原则和法律在全球范围内使用。他说，这可能是最大的障碍。“我们确实有意愿在技术上投资，但有意愿制定国际规则吗?”这一点我还没有看到。”

劳伦斯很高兴看到这些努力正在向前推进，但考虑到目前太空商业化的步伐，他怀疑迄今为止宣布的任何行动是否会足够迅速。就像处理其他环境问题一样，你会看到这种渐进主义——工业正在努力清理它的污染
拥有自己的房子，以避免政府实施更严厉的规定。他说，虽然取得了一些不错的进展，但这个问题的问题就像气候变化一样，一切都在迅速变化，我们没有多少时间。188bet真人荷官