看到上面这幅图,你能想像得到,这正是我们赖以生存的地球正被卫星及其他太空碎片包围的场景吗?是不是有点像“垃圾围城”呢?自1957年发射 "人造卫星1号 "以来,环绕地球的低轨道已成为一个日益拥挤的环境,迄今已发射了2,200多颗卫星。这些卫星以及运载火箭的部件,和因机械解体、碰撞和爆炸产生的碎片一起,使这个区域充满了太空碎片的 "迷雾"。
在可观察到的未来,低地轨道还会越来越忙——过去几周里,SpaceX又发射了60颗新卫星,作为其Starlink计划的一部分。这使得目前在低地球轨道上的Starlink卫星总数达到了约400颗,这是一项旨在为每个人带来廉价、基于卫星的互联网接入的计划的一部分。最终,该计划将使近12,000颗卫星进入地球轨道。随着亚马逊公司、加拿大的Telesat和其他公司计划建立类似规模的卫星群,低地球轨道正变得越来越拥挤。
这些碎片的大小从几微米到几米不等。斯特拉斯克莱德大学的航空航天工程师斯图尔特-格雷(Stuart Grey)制作了一个令人惊叹的可视化图,突出了现在绕地球轨道上大小超过10厘米的2万多个物体。但是,还有数百万个1毫米大小的粒子,甚至更小。
低地球轨道上的拥挤现象对地面天文学家来说,不可避免地会带来一些后果。卫星上明亮的表面会反射来自太阳的光线——会产生射向地球表面的太阳光阵。这种强烈的光束比天文学家通常观测到的弱光源要强得多,会阻碍对空间中遥远物体的观测。
现有的光学望远镜已经花费了数十亿,未来十年内还将有更多的数十亿投入到新的平台上,如正在智利阿塔卡马高原上建造的欧洲特大型望远镜。在这样的资源上,对观测时间的争夺非常激烈,因此必须认真对待来自卫星反射的任何潜在威胁,因为它们可能会使推动我们了解宇宙演化的一些观测工作无法进行。
SpaceX公司已经向公众保证,Starlink公司不会助长这个问题,并表示一直在采取措施减轻其卫星对观测天文学的影响,他们甚至测试卫星上的黑色涂层是否能降低能见度,必要时调整部分卫星的轨道。
随着约3%的计划星座发射,SpaceX至少对天文学家提出的担忧做出了回应。希望其他计划发射卫星星座的机构也能率先提出计划,将这一严重问题减少到天文观测上。但低地球轨道上的拥挤也会对卫星和其他航天器,包括那些为载人而设计的航天器造成影响。
为了达到轨道,卫星要在速度和地球引力对它们的影响之间寻求平衡。卫星为达到这种平衡所必须的飞行速度取决于其在地球上的高度。离地球越近,所需的轨道速度就越快。在124英里(200公里)的高度,所需的轨道速度是每小时17000英里(约7.4公里/秒)。卫星或其他飞行器在轨道上射出的任何物体都将保持相同的轨道速度。因此,这类物体之间的碰撞,其总速度可能高达34000英里/小时(如果是正面碰撞的话)。这种撞击对宇航员和空间站的影响可能会很严重。
卫星和空间飞行器上有撞击屏蔽装置,在阻止小于1厘米的物体撞向它们。在最好的情况下,屏蔽层能做到这一点,尽管产生的电磁脉冲可能会干扰电子系统。但在最坏的情况下,较大的空间垃圾碎片可能会穿透飞行器。这可能导致内部损坏和解体,威胁到任务的安全。因此,美国航天局和欧空局等空间机构已建立了轨道碎片研究方案,以观察这类碎片并制定控制其影响的战略。毫无疑问,随着空间的日益利用和商业化,我们增加了与轨道碎片有关的灾难性事件的风险。
国家和商业机构都必须认识到这一点,并支持为减少这类事件的可能性而作出的努力,采取步骤清除现有的碎片,并通过清除多余的卫星和其他空间飞行器,减少产生进一步碎片的可能性。例如,RemoveDEBRIS卫星捕捉垃圾。
只有当我们解决了太空垃圾问题,我们的太空之窗和通往太空的道路才会真正完全打开。
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