为什么世界需要一种机制来规范太空垃圾
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为什么世界需要一种机制来规范太空垃圾太空垃圾与一颗卫星的碰撞,不仅会导致该卫星彻底毁坏,还会产生数千块高速飞行的碎片,而每一块碎片都有可能摧毁其他在轨卫星或航天器。
即使在太空中仅发生一次高速碰撞,也会产生危及太空基础设施的庞大碎片云。 / TRT World

在太空中漂浮的数千个人造物体中,还包括埃隆·马斯克那辆樱桃红色的特斯拉——这辆车是由全球首位万亿富翁于2018年2月6日发射升空的。

这辆车的驾驶座上放置了一个绰号“星人”(Starman)、身穿宇航服的人体模型,其音响系统被设置为循环播放大卫·鲍伊的《太空怪谈》(Space Oddity)和《火星上的生活?》(Life on Mars?)两首歌曲。马斯克曾将其作为宣传性质的测试载荷,随SpaceX公司的“猎鹰重型”(Falcon Heavy)火箭首次飞行送入太空。

科学家指出,在撞击地球或金星之前,这辆车可能会在太空中继续漂流“数千万年”。

马斯克的这辆车是数万个人造物体中的一员,这些物体主要由报废的火箭弹体和金属碎片组成,被称为“太空垃圾”。这些物体将加入到曾经空旷的太空中日益扩大的卫星编队中。

由此产生的密集度已引发运营问题,使太空基础设施面临碰撞风险。

太空垃圾以高达每秒8公里的速度运动。这些碎片从卫星或火箭上脱离后,由于没有空气阻力,会保持原有速度继续前进,不会损失动量。

随着SpaceX等公司计划在未来几年内部署包括太阳能数据中心在内的100万个航天器,这一问题正日益严重。

专家表示,发生严重太空碰撞的风险已不再只是理论上的可能性。

原因并非缺乏意识。真正的原因在于,目前缺乏一个有权制定规则并确保其执行的具有约束力的国际机制,而这种状况正将灾难性碰撞的威胁变为现实。

与美国宇航局(NASA)及其他机构合作开展太空垃圾监测工作的布法罗大学工程与应用科学学院教授约翰·L·克拉西迪斯(John L. Crassidis)在接受TRT World采访时指出,随着巨型卫星星座的不断扩展,灾难性碰撞的风险正在迅速增加。

克拉西迪斯表示:“我们向太空发射的物体越多,发生灾难性碰撞的可能性就越大。” 太空碎片与卫星之间发生的一次灾难性碰撞,不仅会摧毁涉事卫星,还会产生数千块高速飞行的碎片(弹片),而这些碎片每一块都可能摧毁其他在轨卫星或航天器。

曾在哈佛-史密森天体物理中心任职38年的太空可持续性分析师乔纳森·C·麦克道威尔指出,卫星编队设计师们正为防止碰撞付出巨大努力。

麦克道威尔在接受TRT World采访时表示:“尽管如此,风险是真实存在的,我预计未来十年内将开始发生碰撞。”

随着太空中最理想的轨道高度被巨型卫星编队逐渐占据,科学和航天出版物显示,最后一刻进行的规避机动数量急剧增加。

仅SpaceX的Starlink卫星网络,就在一年内执行了超过35.5万次防撞机动。

这意味着,在上述一年期间,每颗卫星“几乎每周”都不得不避开太空垃圾和其他航天器。

专家们警告称,计划中的超大型卫星编队可能会引发“凯斯勒综合征”。这是一种假设性情景:反复发生的碰撞会产生大量太空垃圾,最终导致所有轨道区域都无法使用。

克拉西迪斯(Crassidis)解释了现有预警系统的工作原理:

“目前,我们正在追踪约54,000个尺寸在10厘米或以上的物体。操作员会计算任意两个物体之间的碰撞概率。如果概率高于万分之一,我们会联系相关卫星公司,告知其需要调整轨道以避免潜在碰撞。SpaceX创始人埃隆·马斯克将这一阈值降至千分之一。这些信息会直接上传至Starlink卫星,卫星随即自动调整航向。”

克拉西迪斯补充道:“实际上,为了避开太空垃圾,它们每天都会频繁调整位置。如果操作得当,就可以降低与大型卫星编队相关的问题风险。”

不过,这笔成本相当高昂。

卫星运营商目前每年花费20亿美元,仅仅是为了避免“极低概率”的碰撞。

考虑到新卫星编队的计划扩张规模,在一种看似可能性越来越大的极端情景下——即每年有100万颗数据中心卫星需要执行10亿次规避机动——可能会出现什么问题?

克拉斯迪斯就此指出燃料方面的挑战,他表示:“每颗卫星的燃料储备都是有限的。”

他表示,运营商要么需要为卫星提供更多燃料,要么将不得不面对更高的碰撞风险。

麦克道尔认为,太空可能会成为凯斯勒连锁反应的舞台,届时碰撞事件将变得越来越普遍。