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空间碎片的成用心把天空锁住本:空间碰撞的可能性越来越大

天文学与空间 2021-12-05 00:01:11

由欧洲航天局 这是一个较长的动画的一部分,显示了不同类型的空间碎片物体和不同大小的碎片在地球轨道上

信用:欧洲航天局 随着每年发射数百颗卫星,空间碰撞和快速移动的空间碎片——或“空间垃圾”——的产生变得越来越可能,威胁到我们人类和技术在空间的持续存在

经济合作与发展组织(经合组织)最近发表了关于空间碎片经济成本的第一份报告

该报告利用多种来源的研究,包括欧空局空间碎片办公室的数据和分析,概述了如果我们不采取行动将面临的危险,以及可以做些什么来确保我们在空间的未来

在这里,我们总结了报告的主要发现,并解释了欧空局是如何通过其空间安全方案帮助解决这一问题的

日益严重的问题 “面对空间危害,特别是空间碎片,经济和社会脆弱性正在增加

“——空间可持续性:从经合组织角度看空间碎片经济学,2020年

空间的机构和商业用途正在以越来越快的速度增长

随着用于卫星宽带的“巨型星座”的发射,轨道卫星的数量将进一步增加,其中一些由数千颗卫星组成,碰撞和更多空间碎片的风险也随之增加

在太空中,仅仅一次碰撞或爆炸就会产生成千上万个快速移动的小碎片,这些碎片能够损坏或摧毁一颗正在运行的卫星

例如,2007年,对风云一号卫星的蓄意破坏使大约800公里高度的碎片数量增加了一倍,导致当时碎片总数增加了30%

显示所有轨道上碎片物体数量变化的表格,颜色与碎片的不同来源有关

UI -未识别;火箭任务相关物体;研发-火箭碎片;射频火箭碎片;RB -火箭体;PM -有效载荷任务相关物体;有效载荷碎片;PF -有效载荷碎裂碎片;有效载荷信用:欧空局 空间碎片是昂贵的,而且将变得更加昂贵 关于空间碎片的成本,报告指出:“空间碎片保护和减缓措施对卫星运营商来说已经很昂贵,但主要风险和成本在于未来,如果碎片的产生失去控制,使某些轨道无法用于人类活动

" 保护卫星免受空间碎片的损害是昂贵的,首先是设计措施,监视和跟踪的需要,将运行中的卫星移出危险地带,甚至完全取代任务

对于地球静止轨道上的卫星,经合组织报告称,这种成本估计占总任务成本的5-10%,可能高达数亿美元

在低地球轨道上,每次任务的相对成本甚至可能高于5-10%

然而,无所作为的代价要大得多

轨道上足够多的碎片可能最终导致“凯斯勒综合症”,在这种综合症中,碰撞会级联,导致越来越多的自生碰撞,经合组织称之为“生态临界点,可能使某些轨道无法使用”

" 经济和社会越来越容易受到碎片的影响 超高速碰撞

信用:ESA,CC BY-SA 3

0 IGO 凯斯勒综合症的社会经济影响将是严重的

重要的空间应用可能会丧失,例如天气预报、气候监测、地球科学和天基通信

无法使用某些轨道将会产生广泛而重大的后果

根据该报告,这些将包括: 独特的应用和功能可能会丢失

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互联网、天气和通讯服务

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国际空间站宇航员面临的风险增加中断了地球科学和气候研究增加了其他轨道的拥挤和压力阻碍了经济增长和该领域投资的放缓 具体而言,报告指出:"某些地理区域和社会群体将受到不成比例的影响,特别是在现有地面基础设施有限和高度依赖空间基础设施的农村地区

" 我们做得还不够 根据该报告,“存在全面的国家和国际减缓措施,但合规不足以稳定轨道环境

" 目前针对在低地球轨道和地球静止轨道上运行卫星的运营商的碎片减缓准则包括: 空间碎片

信用:ESA,CC BY-SA 3

0 IGO 避免有意产生碎片(包括反卫星试验)最大限度地降低意外爆炸的可能性低地球轨道飞行任务的25年脱轨规则地球静止轨道飞行任务在其寿命结束时应被送往更高的“墓地轨道”,在可行的情况下应避免卫星碰撞,并最大限度地降低重返大气层造成地面人员伤亡的风险 正如欧空局最新的《空间碎片环境报告》所总结的那样,地球静止轨道上的大多数卫星运营者都遵守这些准则,但在低地球轨道上飞行的运营者中遵守这些准则的不到60%(在650公里以上的轨道上只有20%)

几年来,几个国家也进行了反卫星试验

欧空局的空间安全计划——欧洲的反应 欧空局空间碎片办公室致力于保护今天飞行中的任务,并确保航天飞行的可持续未来

位于德国达姆施塔特的ESOC任务控制中心的团队每天都在监测和评估轨道上潜在碰撞的可能性,并指导操作人员如何保证任务安全

随着越来越多的卫星被发射到轨道上,目前避免空间碰撞和碎片产生的“人工”方法将是不够的

因此,欧空局通过其空间安全方案,正在开发“自动避免碰撞”技术,这将使避免碰撞的过程更加有效

通过评估空间碰撞的风险和可能性,该软件将改善是否需要机动的决策过程,甚至可以向有风险的卫星发出指令,让它们让开

这部动画展示了不同类型的空间碎片物体和地球轨道上不同大小的碎片

对于大于10厘米的碎片物体,数据来自美国空间监视目录

信用:欧洲航天局 但是那些已经在轨道上的垃圾呢?在世界上第一次,欧空局已经委托一项任务,将从轨道上清除一个项目的碎片

ClearSpace-1任务将在2013年欧空局Vega发射器的第二次飞行后,将Vespa (Vega二级有效载荷适配器)的上一级留在轨道上。

质量为100公斤的Vespa在尺寸上接近一颗小卫星,而其相对简单的外形和坚固的结构使其成为一个合适的首要目标

这第一步,证明在轨道上清除碎片是可能的,将建立一个商业服务,也可以解决更大,更具挑战性的“捕捉”,最终包括多目标捕捉

避免碰撞和清除碎片对减少空间碎片数量至关重要,但遵守上述碎片减缓准则对我们的空间环境影响最大

欧空局的空间碎片办公室监测全球的遵守情况,并与清洁空间办公室一起努力通过业务和技术进步提高全球遵守情况

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