地球外空間碎片的現狀

地球外空間碎片的現狀

過去太空活動的漩渦碎片被困在環繞地球的軌道上,威脅著我們在太空的未來。隨著時間的推移,這些碎片物體的數量、質量和麵積都在穩步增長,增加了執行中的衛星的風險。

歐空局空間碎片辦公室不斷監測這種不斷變化的碎片情況,並每年發表一份關於碎片環境現狀的報告。

自1957年太空時代開始以來,數噸的火箭、航天器和儀器被髮射到太空。一開始,沒有計劃在他們生命的盡頭如何處置他們。從那時起,成千上萬的碎片不斷地在太空中爆炸,產生了大量的碎片。

造成目前太空碎片問題的最大原因是軌道上的爆炸,這是由航天器和火箭上剩餘的能量,燃料和電池引起的。儘管多年來一直在採取措施防止這種情況的發生,但此類事件的數量沒有減少,太空任務結束處置的趨勢正在改善,但速度很慢。

鑑於空間交通的不斷增加,我們需要開發和提供技術,使碎片預防措施失效安全,歐空局正透過其空間安全方案做到這一點。但同時監管者需要更密切地監測空間系統的狀況以及全球對其管轄範圍內碎片緩減的遵守情況。

地球外空間碎片的現狀

現有的國際準則和標準明確規定了我們如何實現空間的可持續利用:

設計火箭和航天器,以最大程度地減少“脫落”(由於空間條件惡劣,材料在發射和操作過程中脫落)的數量

透過釋放儲存的能量來防止爆炸,在航天器壽命結束時“鈍化”一次

透過將軌道取消軌道或將其移至“墓地軌道”,將已解散的任務移出工作中的衛星

透過仔細選擇軌道和執行“避免碰撞操作”來防止太空墜毀。

許多航天局,私人公司和其他航天者都在改變其行為,以遵守這些準則,但這是否足夠?

未來我們該擔憂的趨勢

地球外空間碎片的現狀

紅=有效負載-橙=火箭彈-深綠=任務物件

自太空時代開始以來,我們製造了越來越多的碎片,碎片物體的數量、它們的綜合質量以及它們所佔的總面積一直在穩步增加。航天器和火箭級的大量在軌解體進一步助長了這一點。

空間碎片所佔的總面積很重要,因為它直接關係到我們未來預期發生的碰撞次數。從目前的情況來看,預計碎片和工作衛星之間的碰撞將取代爆炸成為碎片的主要來源。

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太空隨便的建立方式

在過去的二十年中,產生碎片的事件變得越來越普遍,平均每年在太空中發生12起意外的“碎片”不幸的是這種趨勢正在增加。碎片事件描述了由於碰撞,爆炸,電氣問題甚至在太空中惡劣條件下物體脫離而產生碎片的瞬間。

好的一方面

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與20年前相比,更多的碎片傳送到低軌道

雖然目前並非所有的衛星都符合國際準則,但越來越多的空間參與者正試圖遵守這些規則,但是還這還不夠。在過去的十年中,15-30%的物體或“有效載荷”發射到近地軌道區域的不合規軌道(不包括與載人航天有關的航天器)試圖遵守碎片緩減措施。5%到20%的人成功地做到了這一點,2018年達到35%的峰值,這是由於銥星星座的主動離軌。

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現在發射的火箭80%都在試圖清理碎片

當涉及到火箭時,越來越多的廢物被可持續地處置。在這十年中,在不合規的低地球軌道上有40%至80%的人試圖遵守減緩碎片措施。總共有30-70%的自然不合規火箭成功清除了低地球軌道。

在過去十年中發射的所有火箭中,有60-80%(以質量計)遵守了緩解措施。一些火箭處於低地球軌道,導致它們在地球大氣層中自然衰減,但大量火箭被引回到地球大氣層,在其中它們燃燒或重新進入無人居住區域。自2017年以來,這種做法正在增加,大約30%的火箭以受控方式安全地重新進入。

這是一個非常好的訊息。火箭彈是我們送入太空的最大物體之一,極有可能發生災難性碰撞。在發射後最多24小時內,應採取一切措施確保它們不會在軌道上徘徊。

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過去十年,近地軌道小衛星數量增加

更多衛星進入低空軌道,它們自然會燃燒,特別是由於小型衛星和星座的擴散,進入低地球軌道保護區的“交通”量(海拔高達2000公里)正在發生巨大變化。

發射到該區域的小型有效載荷中約有88%由於其高度較低而自然會遵守減少空間碎片的措施,這意味著它們會在地球大氣層中分解。

出於同樣的原因,估計有30-60%的衛星質量(不包括人類太空飛行)遵守壽命終止準則。

在ESA最新報告中,進入近地軌道的衛星數量在不斷增加。ESA觀察到使用太空的方式發生了根本性的變化。為了繼續受益於在空間執行所帶來的科學、技術和資料,我們必須在航天器設計和執行中更好地遵守現有的空間碎片緩減準則。無論怎樣強調都不為過,這對於空間的可持續利用至關重要。

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近年來對地靜止軌道的衛星都在移開碎片

地球靜止軌道碎片緩減率高,發射到地球靜止軌道保護區(海拔35586-35986公里)的衛星遵守碎片緩減措施的比率非常高。在這十年中,85%到100%的人到了生命的盡頭都試圖遵守這些措施,其中60-90%的人成功地做到了。

在地球靜止軌道上,運營商保持其路徑不受失效衛星和碎片的影響,這是一個明顯的商業利益,否則將使他們的航天器和底線面臨嚴重風險。

現在怎麼辦?

對採用減少碎片措施的空間變化行為進行系統分析,提供了謹慎樂觀的理由-十年前並非如此。如果迅速採用,對鈍化和處理飛行任務的新技術的持續投資將使我們的環境能夠應對不斷增長的空間交通和日益複雜的行動。

地球外空間碎片的現狀

我們必須將空間環境視為一種共享且有限的自然資源。繼續產生空間碎片將導致凱斯勒綜合症,當低地球軌道上物體的密度足夠高,以致物體與碎片之間的碰撞會產生級聯效應,每次碰撞都會產生碎片,從而增加了進一步碰撞的可能性。此時,圍繞地球的某些軌道將變得完全荒涼。

國際各大航空局正在積極努力支援聯合國和平利用外層空間委員會關於外層空間活動的長期可持續性的準則,包括資助世界上第一個清除軌道上的碎片的任務,幫助建立國際空間站。太空可持續性評級和開發技術,以自動避免碰撞並減少太空任務對環境的影響。