过去太空活动的漩涡碎片被困在环绕地球的轨道上,威胁着我们在太空的未来。随着时间的推移,这些碎片物体的数量、质量和面积都在稳步增长,增加了运行中的卫星的风险。
欧空局空间碎片办公室不断监测这种不断变化的碎片情况,并每年发表一份关于碎片环境现状的报告。
自1957年太空时代开始以来,数吨的火箭、航天器和仪器被发射到太空。一开始,没有计划在他们生命的尽头如何处置他们。从那时起,成千上万的碎片不断地在太空中爆炸,产生了大量的碎片。
造成目前太空碎片问题的最大原因是轨道上的爆炸,这是由航天器和火箭上剩余的能量,燃料和电池引起的。尽管多年来一直在采取措施防止这种情况的发生,但此类事件的数量没有减少,太空任务结束处置的趋势正在改善,但速度很慢。
鉴于空间交通的不断增加,我们需要开发和提供技术,使碎片预防措施失效安全,欧空局正通过其空间安全方案做到这一点。但同时监管者需要更密切地监测空间系统的状况以及全球对其管辖范围内碎片缓减的遵守情况。
现有的国际准则和标准明确规定了我们如何实现空间的可持续利用:
- 1:设计火箭和航天器,以最大程度地减少“脱落”(由于空间条件恶劣,材料在发射和操作过程中脱落)的数量
- 2:通过释放储存的能量来防止爆炸,在航天器寿命结束时“钝化”一次
- 3:通过将轨道取消轨道或将其移至“墓地轨道”,将已解散的任务移出工作中的卫星
- 4:通过仔细选择轨道和执行“避免碰撞操作”来防止太空坠毁。
许多航天局,私人公司和其他航天者都在改变其行为,以遵守这些准则,但这是否足够?
未来我们该担忧的趋势
自太空时代开始以来,我们制造了越来越多的碎片,碎片物体的数量、它们的综合质量以及它们所占的总面积一直在稳步增加。航天器和火箭级的大量在轨解体进一步助长了这一点。
空间碎片所占的总面积很重要,因为它直接关系到我们未来预期发生的碰撞次数。从目前的情况来看,预计碎片和工作卫星之间的碰撞将取代爆炸成为碎片的主要来源。
在过去的二十年中,产生碎片的事件变得越来越普遍,平均每年在太空中发生12起意外的“碎片”不幸的是这种趋势正在增加。碎片事件描述了由于碰撞,爆炸,电气问题甚至在太空中恶劣条件下物体脱离而产生碎片的瞬间。
好的一方面
虽然目前并非所有的卫星都符合国际准则,但越来越多的空间参与者正试图遵守这些规则,但是还这还不够。在过去的十年中,15-30%的物体或“有效载荷”发射到近地轨道区域的不合规轨道(不包括与载人航天有关的航天器)试图遵守碎片缓减措施。5%到20%的人成功地做到了这一点,2018年达到35%的峰值,这是由于铱星星座的主动离轨。
当涉及到火箭时,越来越多的废物被可持续地处置。在这十年中,在不合规的低地球轨道上有40%至80%的人试图遵守减缓碎片措施。总共有30-70%的自然不合规火箭成功清除了低地球轨道。
在过去十年中发射的所有火箭中,有60-80%(以质量计)遵守了缓解措施。一些火箭处于低地球轨道,导致它们在地球大气层中自然衰减,但大量火箭被引回到地球大气层,在其中它们燃烧或重新进入无人居住区域。自2017年以来,这种做法正在增加,大约30%的火箭以受控方式安全地重新进入。
这是一个非常好的消息。火箭弹是我们送入太空的最大物体之一,极有可能发生灾难性碰撞。在发射后最多24小时内,应采取一切措施确保它们不会在轨道上徘徊。
更多卫星进入低空轨道,它们自然会燃烧,特别是由于小型卫星和星座的扩散,进入低地球轨道保护区的“交通”量(海拔高达2000公里)正在发生巨大变化。
发射到该区域的小型有效载荷中约有88%由于其高度较低而自然会遵守减少空间碎片的措施,这意味着它们会在地球大气层中分解。
出于同样的原因,估计有30-60%的卫星质量(不包括人类太空飞行)遵守寿命终止准则。
在ESA最新报告中,进入近地轨道的卫星数量在不断增加。ESA观察到使用太空的方式发生了根本性的变化。为了继续受益于在空间运行所带来的科学、技术和数据,我们必须在航天器设计和运行中更好地遵守现有的空间碎片缓减准则。无论怎样强调都不为过,这对于空间的可持续利用至关重要。
地球静止轨道碎片缓减率高,发射到地球静止轨道保护区(海拔35586-35986公里)的卫星遵守碎片缓减措施的比率非常高。在这十年中,85%到100%的人到了生命的尽头都试图遵守这些措施,其中60-90%的人成功地做到了。
在地球静止轨道上,运营商保持其路径不受失效卫星和碎片的影响,这是一个明显的商业利益,否则将使他们的航天器和底线面临严重风险。
现在怎么办?
对采用减少碎片措施的空间变化行为进行系统分析,提供了谨慎乐观的理由-十年前并非如此。如果迅速采用,对钝化和处理飞行任务的新技术的持续投资将使我们的环境能够应对不断增长的空间交通和日益复杂的行动。
我们必须将空间环境视为一种共享且有限的自然资源。继续产生空间碎片将导致凯斯勒综合症,当低地球轨道上物体的密度足够高,以致物体与碎片之间的碰撞会产生级联效应,每次碰撞都会产生碎片,从而增加了进一步碰撞的可能性。此时,围绕地球的某些轨道将变得完全荒凉。
国际各大航空局正在积极努力支持联合国和平利用外层空间委员会关于外层空间活动的长期可持续性的准则,包括资助世界上第一个清除轨道上的碎片的任务,帮助建立国际空间站。太空可持续性评级和开发技术,以自动避免碰撞并减少太空任务对环境的影响。
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