空間碎片啟示錄：6個可能對地球軌道造成嚴重破壞的太空物體

2025-12-08 02:25:20 分類：熱點 閱讀(4)

一顆衛星在軌道上解體的插圖。在某些情況下，碎片舊衛星和用過的啟示球軌火箭級會在地球軌道上停留數千年。(Image credit: European Space Agency)
（神秘的對地道造地球uux.cn）據美國太空網（By Tereza Pultarova）：我們星球周圍的空間變得越來越雜亂。數以千計的成嚴衛星和數以百萬計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。以下是太空專家們最害怕的物品。
就在過去的物體一個月里，近地空間發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。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地道造太空垃圾⁠———一個幾十年前的俄羅斯火箭末級和一個早已報廢的俄羅斯衛星——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的成嚴“最壞情況”，可能會產生數以千計的重破危險碎片，這些碎片會在軌道上停留幾個世紀。太空然后，2月6日發布的一份報告披露，1月初，一顆神秘的俄羅斯衛星分裂成85塊碎片，大到足以從地球上追蹤到。
這兩起事件都發生在專家稱之為“壞鄰居”的地區，這些地區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
令人驚訝的是，并不是像OneWeb或SpaceX這樣的巨型星座運營商建造的數百甚至數千艘新航天器最有可能帶來軌道毀滅。這是冷戰時期和21世紀初發射的舊東西——用過的火箭級和大而笨重的衛星。
私人碎片監測公司LeoLabs的高級技術人員達倫·麥克奈特在接受Space.com采訪時說:“星座可能有數百到數千顆衛星，但它們非常善于協調自己。”。“它們有一個推進系統，這使它們非常靈活，它們可以進行避撞機動。相反，被遺棄的物體沒有能力相互遠離。”
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)長的上面級，是最令人擔憂的來源。
LeoLabs目前正在監測這些火箭級中的18個，這些火箭級在海拔約520英里(840公里)的“惡劣街區”之一環繞地球。從這個高度看，碎片需要幾個世紀才能下來。與此同時，火箭繼續與數以千計的其他報廢航天器和數百萬計的碎片交叉。
“它們就像一輛沒有司機、沒有剎車的黃色大校車，”麥克奈特說。“而且風險是累積的。這些火箭中的一級很快就會發生碰撞，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，可能會引發凱斯勒綜合癥，這是一種令人恐懼的不可阻擋的碰撞級聯場景，就像2013年奧斯卡獲獎電影《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家和天體物理學家、太空碎片專家喬納森·麥克道爾告訴space:“如果你擔心像凱斯勒綜合癥這樣的場景，概率主要由兩個大東西相互撞擊決定，因為這將產生迄今為止最多的碎片，然后引發連鎖反應。”
麥克道爾補充說，火箭級的問題，雖然不是俄羅斯技術獨有的，但與俄羅斯的前任蘇聯經常追求的發射器設計有關。歐洲、美國甚至中國使用的大多數火箭都依賴于龐大的第一級，這些火箭在發射后不久就返回地球，并使用相對較小的上面一級將有效載荷送入軌道。
“例如，美國通常會使用半人馬上面級，它使用液態氫，”麥克道爾說。“這種燃料每加侖行駛里程更高。所以一個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推進劑，需要更大的火箭來完成同樣的任務。”

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

據專家稱，軌道上最危險的東西已經存在幾十年了。 (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家和天體物理學家。他的主要研究重點是黑洞、類星體和遙遠星系中的高能X射線輻射源。他是美國國家航空航天局X射線天文臺錢德拉團隊的成員，但也作為一名領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的記錄衛星發射的時事通訊。
麥克道爾擁有英國劍橋大學的數學學士學位和劍橋大學的天體物理學博士學位。
3.中國反衛星導彈測試碎片
2007年，較大的SL-16火箭級所在的糟糕街區成為歷史上最嚴重的碎片制造事件之一的發生地——中國反衛星導彈試驗的目標是該國自己的一顆報廢氣象衛星。反衛星導彈擊中了1650磅(750公斤)的Fēngyún航天器，在537英里(865公里)的高度軌道上運行，速度為18000英里/小時(29000公里/小時)，將其粉碎成數千個碎片。這些碎片就像臺球桌上的球一樣，在撞擊時向四面八方散開，污染了距離füngyún原始軌道數百英里的近地空間。
麥克奈特說，這些碎片中的一些在地球表面上方高達1060英里(1700公里)和低至217英里(350公里)的地方被探測到。可以說，這些碎片的大部分與9.9噸重的SL-16火箭級在同一個糟糕的街區，無法避免。
在事件發生后不久，地球上的雷達就可以跟蹤到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，威脅著它們所經之處的一切。
“這個單一事件的碎片可能是去年發生的約15%的會合(接近其他物體)的原因，”麥克奈特說。"每隔15分鐘，我們就會發布包含這次碰撞碎片的連接信息."
McKnight補充說，總體而言，LeoLabs在2022年發出了40萬次會合警報，當其他空間物體的軌跡與他們的航天器太近時，會警告航天器操作員。

專家們擔心一些地區的空間碎片數量太高，無法從地球大氣層的清潔效應中受益。(Image credit: ESA)
4.地球觀測衛星環境衛星和大地衛星
廢棄的歐洲地球觀測衛星Envisat在480英里(800公里)的高度環繞地球，這低于兩個主要的壞鄰居。然而，由于其龐大的體積，這顆衛星在令人擔憂的天體名單中占據了突出的位置。
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)聲譽的一大污點，ESA以其在太空可持續發展方面的領先地位而自豪。
美國宇航局也有廢棄的地球觀測碎片。自20世紀70年代以來，美國航天局已經發射了九代Landsat衛星，其中只有兩顆仍在運行。重量在1到3噸之間，Landsat衛星在430到560英里(700到900公里)的高度繞地球運行。沒有一顆已經退役的衛星在其壽命結束時成功脫離軌道。
美國國家大氣和海洋管理局(NOAA)也留下了相當多的太空垃圾。自20世紀60年代以來，NOAA已經發射了24顆極地軌道氣象衛星，這些衛星在430至560英里(700至900公里)的高度圍繞地球運行。這些衛星中的17顆，每顆重量在1到3噸之間，現在已經報廢，但仍在穿越高風險社區的路上。

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

哈勃太空望遠鏡有一天可能會變成一個具有潛在危險的太空碎片。(Image credit: NASA)
6.太多星座衛星
對于SpaceX的Starlink和OneWeb運營的網絡等衛星巨型星座帶來的風險，專家們的看法有些不同。這些星座推動了軌道衛星數量的大幅增長，這在過去十年中我們已經看到了，在未來幾年還將繼續看到。
根據LeoLabs(在新標簽中打開)的說法，在世界上第一顆衛星(蘇聯的Sputnik 1)于1957年發射后的頭50年里，10，000個物體，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，這個數字翻了一番。據LeoLabs報道，截至2022年底，在這個被頻繁使用的空間區域有超過21，000個物體。
英國空間碎片專家、英國南安普頓大學航天學教授休·路易斯告訴Space.com，SpaceX是世界上最大的衛星運營商，截至2023年2月，在軌運行的航天器超過3500艘，其管理碰撞風險的態度值得稱贊。該公司的自主防撞系統使衛星能夠在每次以十萬分之一的碰撞概率記錄一個經過的物體時進行機動。相比之下，美國國家航空航天局只會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的航天學教授，也是原位和遠程智能傳感卓越中心的聯合主任。
休·劉易斯是英國南安普頓大學的航天學教授，也是原位和遠程智能傳感卓越中心的聯合主任。他在空間碎片和空間可持續性領域工作了20多年，是《損害空間碎片模型》的作者。Hugh代表聯合王國航天局出席機構間空間碎片協調委員會(IADC)的會議，并主持第2工作組(重點是空間碎片建模)。
Hugh還作為空間碎片、空間操作和空間態勢感知方面的專家代表聯合王國航天局出席了聯合國和平利用外層空間委員會(COPUOS)的科學和技術小組委員會會議。
盡管如此，劉易斯說，鑒于SpaceX的目標是部署多達42，000顆Starlink衛星，是目前在軌衛星的10倍以上，以及其他運營商排隊進入市場，即使是這種低概率，隨著時間的推移，發生碰撞的概率在統計上也很高。
“殘余風險是一個潛在的問題，因為接近的數量繼續上升，”劉易斯說。“隨著他們演習的次數繼續增加，也許盡管做了所有這些努力，他們仍然會卷入碰撞。低概率事件越多，發生碰撞的總體概率就越高。”
麥克道爾說，雖然SpaceX獨自一人可能能夠以高可靠性管理其Starlink星座，但一旦多個這樣的星座共享同一軌道區域，情況將類似于管理一個大城市的交通。
麥克道爾說:“從現在起的5年或10年內，我們可能會有2萬到10萬顆衛星在軌道上運行。”。“我非常懷疑這樣一個數字能否安全運行。只要有一家公司在他們的數據庫中輸入了錯誤的數字，出現了錯誤的數據，突然間，你所有的安全計算都不再有效，你就會以撞車而告終。”
無論發生什么，在未來幾年，我們肯定會聽到更多關于太空碎片和衛星碰撞的消息。