这真的是千钧一发的危险时刻,9月13日,一个苏联时代的废弃载荷和一枚中国长征四号丙火箭的上面级,在近地轨道(LEO)上演了一场惊心动魄的遭遇,两者以27000公里/小时的速度擦肩而过,险些酿成一场太空碎片雨。
这个消息来自美国卫星跟踪及太空交通管理服务公司Leolabs,该公司的主要任务是通过跟踪太空碎片并监控碰撞风险来确保LEO的商业运营,主要产品和服务包括卫星跟踪、避撞、发射和早期轨道阶段支持、太空监视和风险评估等,主要客户包括卫星运营商、政府机构、初创企业、大学和研究实验室等。
9月13日,Leolabs公司的跟踪系统发现,这两个废弃的物体在689公里的高度擦肩而过,险些正面相撞,速度为7.5公里/秒。二者距离最近时仅36±13米,相撞概率为千分之一,真的是千钧一发!
苏联的废弃物可能是1976年发射的Cosmos 807卫星,质量为400千克,而中国的火箭是5年前发射的长四丙轨道级,也就是进入太空后负责把卫星送到位的火箭,重2吨。
Leolabs推测,如此高速运行的物体,如果它们真的相撞的话,将可能产生约3000块太空碎片,无疑将在近地轨道上布下大量的卫星“杀手”。
你可能就有疑问了,既然会产生如此多的碎片,留下巨大的安全隐患,为什么不让这些废弃卫星和火箭返回大气层烧毁呢?
人类探索太空的早期,基本没有这样的概念,并且发射航天器到太空需消耗大量的能量和费用,让废弃卫星和火箭受控返回地球无疑极不划算,甚至根本是不可能的。
美国甚至还主动制造太空垃圾,1961年和1963年实施了两次西福特针计划,在3500公里到3800公里的太空撒下了4.3亿根1.78厘米长的微米直径铜制偶极天线,试图在太空形成环状针云,建立人造电离层来进行无线电通讯。
1963年的试验取得了成功,但这些针却最终成为了太空垃圾,虽然当时预测这些针受到太阳辐射压力,会在3年内离开轨道,但直到现在,仍有很多西福特针残留在轨道上,对航天器构成了严重威胁。
当人们意识到太空垃圾的巨大危害后,已开始考虑让卫星和火箭留存一定的燃料,废弃后主动返回大气层烧毁。
比如马斯克SpaceX公司的星链卫星,目前已发射了超过5000颗,最终将达到42000颗。由于是在低地轨道,这些卫星的设计寿命仅为5年,这意味着每年都会废弃大量卫星,如果不主动返回大气层烧毁,会对其他卫星形成巨大威胁。
所以SpaceX公司官方曾经宣布,他们的星链卫星寿命到期后,会使用离子推进器返回地球快速销毁,即使发生故障无法快速销毁,卫星也会在1到5年内轨道自然衰减,最终回到大气层烧毁。
在刚刚过去的两个月时间内,SpaceX就有212颗星链卫星回到大气层烧毁,占所有脱轨卫星的1/3还强,短时间内大量不活跃卫星脱轨,逻辑上来说应该是主动销毁的。
而运载火箭的上面级,也有受控脱轨、自然衰减、钝化处理、轨道转移4种方式进行处理,前2种会让火箭返回大气层烧毁,钝化处理的火箭由于没有燃料、消除了自爆危险,可能会在轨道上停留更长时间,轨道转移则是将其转移到废弃的轨道上,避免与其他航天器相撞,一个可能的轨道就是比地球同步轨道更高的墓地轨道,基本上会永远地留在那里。
长征四号丙火箭主要是用于太阳同步轨道发射的,高度大约是700公里,不会自然衰减返回地球,而是钝化后稳定地留在轨道上,所以这枚轨道级火箭可能就是这种情况,没想到差点与上世纪70年代的废弃卫星相撞。
要彻底解决轨道级成为太空垃圾的问题,此前的航天飞机是一个案例,而马斯克的全重复使用星舰可能是未来的方向,都像飞机一样重复使用了,当然就不会产生太空垃圾了。
回到轨道衰减问题,由于太空并不是绝对的真空,离地球越近,分子就越多,受到的阻力就越大,这是导致航天器轨道衰减最主要的原因。大气阻力的大小取决于卫星的迎风面积、质量、形状、姿态、轨道倾角等因素,以及大气层密度变化。
而大气密度又受到太阳活动、季节、地理位置等因素的影响,有时候甚至会有剧烈的扰动,影响卫星的轨道寿命。
1981年4月12日,美国“哥伦比亚”号航天飞机首飞,再入大气层前一天,太阳突发X级耀斑,引发地磁风暴,导致大气层被加热膨胀,高层大气密度增加。NASA计算后发现,航天飞机的轨道高度下降比预期快了60%,因而及时调整了返回轨道和参数,确保航天飞机安全着陆。
1989年3月,太阳发生强烈的日冕物质抛射,强大的太阳风暴袭击了地球,引发强烈的地磁暴和极光。剧烈扰动让500公里高度的大气密度急剧增加,导致美国太阳极大期任务卫星(SMM)轨道下降了5km,提前坠毁在印度洋里。
然后就是去年2月,也是突然遭遇太阳风暴袭击,马斯克刚刚发射升空的39颗星链卫星受到的阻力太大,无力爬升,最终坠毁大气层烧毁。
看到这里,你可能已经有了一个大胆的清除太空垃圾的想法,那就是让太阳爆发一次巨大的耀斑,把这些太空垃圾全部打下来!
不得不说,这个想法脑洞很大,创意甚好,只是以人类目前的技术水平,还达不到让太阳爆发巨大耀斑的程度,另外要是太阳真的发疯爆发巨大耀斑,所有近地轨道的卫星都有可能被打下来,你这是要让马斯克欲哭无泪吗?
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