一顆衛(wèi)星在軌道上解體的插圖。在某些情況下，碎片舊衛(wèi)星和用過的啟示球軌火箭級(jí)會(huì)在地球軌道上停留數(shù)千年。(Image credit: European Space Agency)
（神秘的對(duì)地道造地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（By Tereza Pultarova）：我們星球周圍的空間變得越來越雜亂。數(shù)以千計(jì)的成嚴(yán)衛(wèi)星和數(shù)以百萬計(jì)失控的太空碎片在我們頭頂上高速飛行，有相撞的重破危險(xiǎn)。以下是太空專家們最害怕的物品。
就在過去的物體一個(gè)月里，近地空間發(fā)生的空間事情兩次成為頭條新聞，并促使專家呼吁采取行動(dòng)。碎片1月27日，啟示球軌空間碎片研究人員驚恐地看著兩塊巨大的對(duì)地道造太空垃圾⁠———一個(gè)幾十年前的俄羅斯火箭末級(jí)和一個(gè)早已報(bào)廢的俄羅斯衛(wèi)星——彼此相距不到20英尺(6米)左右。這一事件被描述為千鈞一發(fā)的成嚴(yán)“最壞情況”，可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)以千計(jì)的重破危險(xiǎn)碎片，這些碎片會(huì)在軌道上停留幾個(gè)世紀(jì)。太空然后，2月6日發(fā)布的一份報(bào)告披露，1月初，一顆神秘的俄羅斯衛(wèi)星分裂成85塊碎片，大到足以從地球上追蹤到。
這兩起事件都發(fā)生在專家稱之為“壞鄰居”的地區(qū)，這些地區(qū)位于地球上方的低地球軌道，無法從其大氣層的清潔效果中受益。這兩起事件都涉及處于空間碎片專家危險(xiǎn)清單首位的物體。在這里，我們回顧一下專家們最害怕什么類型的東西。
1.俄羅斯SL-16火箭體，又名天頂火箭末級(jí)
令人驚訝的是，并不是像OneWeb或SpaceX這樣的巨型星座運(yùn)營商建造的數(shù)百甚至數(shù)千艘新航天器最有可能帶來軌道毀滅。這是冷戰(zhàn)時(shí)期和21世紀(jì)初發(fā)射的舊東西——用過的火箭級(jí)和大而笨重的衛(wèi)星。
私人碎片監(jiān)測(cè)公司LeoLabs的高級(jí)技術(shù)人員達(dá)倫·麥克奈特在接受Space.com采訪時(shí)說:“星座可能有數(shù)百到數(shù)千顆衛(wèi)星，但它們非常善于協(xié)調(diào)自己。”。“它們有一個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)，這使它們非常靈活，它們可以進(jìn)行避撞機(jī)動(dòng)。相反，被遺棄的物體沒有能力相互遠(yuǎn)離。”
在這些古老的廢棄物體中，SL-16是俄羅斯天頂火箭的巨型9.9噸(9公噸)、36英尺(11米)長(zhǎng)的上面級(jí)，是最令人擔(dān)憂的來源。
LeoLabs目前正在監(jiān)測(cè)這些火箭級(jí)中的18個(gè)，這些火箭級(jí)在海拔約520英里(840公里)的“惡劣街區(qū)”之一環(huán)繞地球。從這個(gè)高度看，碎片需要幾個(gè)世紀(jì)才能下來。與此同時(shí)，火箭繼續(xù)與數(shù)以千計(jì)的其他報(bào)廢航天器和數(shù)百萬計(jì)的碎片交叉。
“它們就像一輛沒有司機(jī)、沒有剎車的黃色大校車，”麥克奈特說。“而且風(fēng)險(xiǎn)是累積的。這些火箭中的一級(jí)很快就會(huì)發(fā)生碰撞，這并不令人意外。”
這些火箭的巨大尺寸意味著碰撞將產(chǎn)生大量的空間碎片，這些碎片將把糟糕的鄰居變成更糟糕的鄰居，可能會(huì)引發(fā)凱斯勒綜合癥，這是一種令人恐懼的不可阻擋的碰撞級(jí)聯(lián)場(chǎng)景，就像2013年奧斯卡獲獎(jiǎng)電影《地心引力》中描述的那樣。
哈佛史密森天體物理中心的天文學(xué)家和天體物理學(xué)家、太空碎片專家喬納森·麥克道爾告訴space:“如果你擔(dān)心像凱斯勒綜合癥這樣的場(chǎng)景，概率主要由兩個(gè)大東西相互撞擊決定，因?yàn)檫@將產(chǎn)生迄今為止最多的碎片，然后引發(fā)連鎖反應(yīng)。”
麥克道爾補(bǔ)充說，火箭級(jí)的問題，雖然不是俄羅斯技術(shù)獨(dú)有的，但與俄羅斯的前任蘇聯(lián)經(jīng)常追求的發(fā)射器設(shè)計(jì)有關(guān)。歐洲、美國甚至中國使用的大多數(shù)火箭都依賴于龐大的第一級(jí)，這些火箭在發(fā)射后不久就返回地球，并使用相對(duì)較小的上面一級(jí)將有效載荷送入軌道。
“例如，美國通常會(huì)使用半人馬上面級(jí)，它使用液態(tài)氫，”麥克道爾說。“這種燃料每加侖行駛里程更高。所以一個(gè)更小的火箭可以做同樣的工作。俄羅斯人使用的是煤油或肼，這是能量較低的化學(xué)推進(jìn)劑，需要更大的火箭來完成同樣的任務(wù)。”

近地空間的一些區(qū)域比其他區(qū)域更加雜亂。(Image credit: ESA)
達(dá)倫·麥克奈特是LeoLabs的高級(jí)技術(shù)人員。
Darren McKnight是LeoLabs的高級(jí)技術(shù)人員，Leo labs是一家位于加州的私人公司，負(fù)責(zé)繪制軌道交通圖。McKnight是國際宇航科學(xué)院空間碎片委員會(huì)的成員，在該委員會(huì)中，他為編寫關(guān)于空間碎片減緩專題的立場(chǎng)文件做出了貢獻(xiàn)。他對(duì)開發(fā)管理空間碎片問題的技術(shù)解決方案和鼓勵(lì)空間利用的可持續(xù)做法感興趣。
McKnight擁有美國空軍學(xué)院工程科學(xué)學(xué)士學(xué)位、新墨西哥大學(xué)機(jī)械工程碩士學(xué)位和科羅拉多大學(xué)航空航天工程博士學(xué)位。
2.俄羅斯的SL-8火箭級(jí)和冷戰(zhàn)時(shí)期的間諜衛(wèi)星
1月27日的未遂事故涉及另一種類型的俄羅斯火箭末級(jí)——1.54噸(1.4公噸)的SL-8。根據(jù)麥克奈特的說法，俄羅斯在其較小的火箭家族Kosmos中使用的這個(gè)火箭級(jí)在20世紀(jì)60年代至90年代期間將大約145顆間諜和通信衛(wèi)星運(yùn)送到605英里(975公里)的高度。這些衛(wèi)星，每顆質(zhì)量為1760磅(800公斤)，已經(jīng)不再使用，仍然在污染近地空間的這一部分，發(fā)射它們的火箭也是如此。
“這些物體已經(jīng)在那里逗留了幾十年，”麥克奈特說。“如果它們都是在1990年發(fā)射的，其中一顆在2023年經(jīng)歷碰撞的概率將在20%左右。[1月27日]我們幾乎已經(jīng)經(jīng)歷過了。在這種情況下，你只能祈禱好運(yùn)。”
最近的未遂事件中涉及的衛(wèi)星也是俄羅斯的財(cái)產(chǎn)——1998年由天頂火箭發(fā)射的1760磅(800公斤)的宇宙2361號(hào)間諜衛(wèi)星。

據(jù)專家稱，軌道上最危險(xiǎn)的東西已經(jīng)存在幾十年了。 (Image credit: NASA)
喬納森·麥克道爾是哈佛史密森天體物理中心的天文學(xué)家和天體物理學(xué)家。他的主要研究重點(diǎn)是黑洞、類星體和遙遠(yuǎn)星系中的高能X射線輻射源。他是美國國家航空航天局X射線天文臺(tái)錢德拉團(tuán)隊(duì)的成員，但也作為一名領(lǐng)先的空間碎片專家而聞名。McDowell是Jonathan's Space Report的作者和編輯，這是一份通過電子郵件分發(fā)的記錄衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)事通訊。
麥克道爾擁有英國劍橋大學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位和劍橋大學(xué)的天體物理學(xué)博士學(xué)位。
3.中國反衛(wèi)星導(dǎo)彈測(cè)試碎片
2007年，較大的SL-16火箭級(jí)所在的糟糕街區(qū)成為歷史上最嚴(yán)重的碎片制造事件之一的發(fā)生地——中國反衛(wèi)星導(dǎo)彈試驗(yàn)的目標(biāo)是該國自己的一顆報(bào)廢氣象衛(wèi)星。反衛(wèi)星導(dǎo)彈擊中了1650磅(750公斤)的Fēngyún航天器，在537英里(865公里)的高度軌道上運(yùn)行，速度為18000英里/小時(shí)(29000公里/小時(shí))，將其粉碎成數(shù)千個(gè)碎片。這些碎片就像臺(tái)球桌上的球一樣，在撞擊時(shí)向四面八方散開，污染了距離füngyún原始軌道數(shù)百英里的近地空間。
麥克奈特說，這些碎片中的一些在地球表面上方高達(dá)1060英里(1700公里)和低至217英里(350公里)的地方被探測(cè)到。可以說，這些碎片的大部分與9.9噸重的SL-16火箭級(jí)在同一個(gè)糟糕的街區(qū)，無法避免。
在事件發(fā)生后不久，地球上的雷達(dá)就可以跟蹤到3500塊足夠大的füngyún碎片，其中有2800塊仍然完全失去控制，在地球上四處亂飛，威脅著它們所經(jīng)之處的一切。
“這個(gè)單一事件的碎片可能是去年發(fā)生的約15%的會(huì)合(接近其他物體)的原因，”麥克奈特說。"每隔15分鐘，我們就會(huì)發(fā)布包含這次碰撞碎片的連接信息."
McKnight補(bǔ)充說，總體而言，LeoLabs在2022年發(fā)出了40萬次會(huì)合警報(bào)，當(dāng)其他空間物體的軌跡與他們的航天器太近時(shí)，會(huì)警告航天器操作員。

專家們擔(dān)心一些地區(qū)的空間碎片數(shù)量太高，無法從地球大氣層的清潔效應(yīng)中受益。(Image credit: ESA)
4.地球觀測(cè)衛(wèi)星環(huán)境衛(wèi)星和大地衛(wèi)星
廢棄的歐洲地球觀測(cè)衛(wèi)星Envisat在480英里(800公里)的高度環(huán)繞地球，這低于兩個(gè)主要的壞鄰居。然而，由于其龐大的體積，這顆衛(wèi)星在令人擔(dān)憂的天體名單中占據(jù)了突出的位置。
2012年早逝的Envisat重約8.8噸(8公噸)，是軌道上最大的太空垃圾之一，也是歐洲航天局(ESA)聲譽(yù)的一大污點(diǎn)，ESA以其在太空可持續(xù)發(fā)展方面的領(lǐng)先地位而自豪。
美國宇航局也有廢棄的地球觀測(cè)碎片。自20世紀(jì)70年代以來，美國航天局已經(jīng)發(fā)射了九代Landsat衛(wèi)星，其中只有兩顆仍在運(yùn)行。重量在1到3噸之間，Landsat衛(wèi)星在430到560英里(700到900公里)的高度繞地球運(yùn)行。沒有一顆已經(jīng)退役的衛(wèi)星在其壽命結(jié)束時(shí)成功脫離軌道。
美國國家大氣和海洋管理局(NOAA)也留下了相當(dāng)多的太空垃圾。自20世紀(jì)60年代以來，NOAA已經(jīng)發(fā)射了24顆極地軌道氣象衛(wèi)星，這些衛(wèi)星在430至560英里(700至900公里)的高度圍繞地球運(yùn)行。這些衛(wèi)星中的17顆，每顆重量在1到3噸之間，現(xiàn)在已經(jīng)報(bào)廢，但仍在穿越高風(fēng)險(xiǎn)社區(qū)的路上。

歐洲的地球觀測(cè)衛(wèi)星Envisat在2012年過早死亡，成為最危險(xiǎn)的太空碎片之一。(Image credit: ESA)
5.哈勃太空望遠(yuǎn)鏡
標(biāo)志性的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡可能還有十年或更長(zhǎng)的壽命，但一旦任務(wù)結(jié)束，它有可能變成一塊令人不安的碎片。
這位經(jīng)驗(yàn)豐富的宇宙觀測(cè)者重達(dá)12.4噸(12.2公噸)，比Envisat和可怕的SL-16火箭級(jí)都要重。哈勃的軌道相對(duì)較低，距離地球表面約332英里(535公里)，因此可能只需要幾年時(shí)間就可以螺旋返回地球。然而，由于它的尺寸，望遠(yuǎn)鏡不太可能在重返地球大氣層時(shí)完全燒毀。望遠(yuǎn)鏡燒焦的身體很可能會(huì)落在地球表面，吸引紀(jì)念品收藏家，但也很可能對(duì)空中的飛機(jī)或地面的人類和基礎(chǔ)設(shè)施造成損害。因此，哈勃的操作人員必須確保望遠(yuǎn)鏡有足夠的剩余燃料，以便在任務(wù)結(jié)束時(shí)以可控的方式降低高度，并引導(dǎo)它安全地濺落在海洋中。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有一天可能會(huì)變成一個(gè)具有潛在危險(xiǎn)的太空碎片。(Image credit: NASA)
6.太多星座衛(wèi)星
對(duì)于SpaceX的Starlink和OneWeb運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)等衛(wèi)星巨型星座帶來的風(fēng)險(xiǎn)，專家們的看法有些不同。這些星座推動(dòng)了軌道衛(wèi)星數(shù)量的大幅增長(zhǎng)，這在過去十年中我們已經(jīng)看到了，在未來幾年還將繼續(xù)看到。
根據(jù)LeoLabs(在新標(biāo)簽中打開)的說法，在世界上第一顆衛(wèi)星(蘇聯(lián)的Sputnik 1)于1957年發(fā)射后的頭50年里，10，000個(gè)物體，無論是死的還是活的，都聚集在低地球軌道上。然后新的太空革命到來了，僅僅14年，這個(gè)數(shù)字翻了一番。據(jù)LeoLabs報(bào)道，截至2022年底，在這個(gè)被頻繁使用的空間區(qū)域有超過21，000個(gè)物體。
英國空間碎片專家、英國南安普頓大學(xué)航天學(xué)教授休·路易斯告訴Space.com，SpaceX是世界上最大的衛(wèi)星運(yùn)營商，截至2023年2月，在軌運(yùn)行的航天器超過3500艘，其管理碰撞風(fēng)險(xiǎn)的態(tài)度值得稱贊。該公司的自主防撞系統(tǒng)使衛(wèi)星能夠在每次以十萬分之一的碰撞概率記錄一個(gè)經(jīng)過的物體時(shí)進(jìn)行機(jī)動(dòng)。相比之下，美國國家航空航天局只會(huì)避開那些碰撞概率為萬分之一的東西。
休·劉易斯是英國南安普頓大學(xué)的航天學(xué)教授，也是原位和遠(yuǎn)程智能傳感卓越中心的聯(lián)合主任。
休·劉易斯是英國南安普頓大學(xué)的航天學(xué)教授，也是原位和遠(yuǎn)程智能傳感卓越中心的聯(lián)合主任。他在空間碎片和空間可持續(xù)性領(lǐng)域工作了20多年，是《損害空間碎片模型》的作者。Hugh代表聯(lián)合王國航天局出席機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)(IADC)的會(huì)議，并主持第2工作組(重點(diǎn)是空間碎片建模)。
Hugh還作為空間碎片、空間操作和空間態(tài)勢(shì)感知方面的專家代表聯(lián)合王國航天局出席了聯(lián)合國和平利用外層空間委員會(huì)(COPUOS)的科學(xué)和技術(shù)小組委員會(huì)會(huì)議。
盡管如此，劉易斯說，鑒于SpaceX的目標(biāo)是部署多達(dá)42，000顆Starlink衛(wèi)星，是目前在軌衛(wèi)星的10倍以上，以及其他運(yùn)營商排隊(duì)進(jìn)入市場(chǎng)，即使是這種低概率，隨著時(shí)間的推移，發(fā)生碰撞的概率在統(tǒng)計(jì)上也很高。
“殘余風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)潛在的問題，因?yàn)榻咏臄?shù)量繼續(xù)上升，”劉易斯說。“隨著他們演習(xí)的次數(shù)繼續(xù)增加，也許盡管做了所有這些努力，他們?nèi)匀粫?huì)卷入碰撞。低概率事件越多，發(fā)生碰撞的總體概率就越高。”
麥克道爾說，雖然SpaceX獨(dú)自一人可能能夠以高可靠性管理其Starlink星座，但一旦多個(gè)這樣的星座共享同一軌道區(qū)域，情況將類似于管理一個(gè)大城市的交通。
麥克道爾說:“從現(xiàn)在起的5年或10年內(nèi)，我們可能會(huì)有2萬到10萬顆衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行。”。“我非常懷疑這樣一個(gè)數(shù)字能否安全運(yùn)行。只要有一家公司在他們的數(shù)據(jù)庫中輸入了錯(cuò)誤的數(shù)字，出現(xiàn)了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，突然間，你所有的安全計(jì)算都不再有效，你就會(huì)以撞車而告終。”
無論發(fā)生什么，在未來幾年，我們肯定會(huì)聽到更多關(guān)于太空碎片和衛(wèi)星碰撞的消息。