空間碎片：亦遠亦近的太空垃圾

最新 07-09

為解決垃圾圍城問題，日前《上海市生活垃圾管理條例》正式實施，垃圾分類進入強制時代。一時間，網路上出現了許多段子，其中最有趣的一條是，上海市民每天都要經受兩次來自老阿姨的靈魂拷問：「儂是啥垃圾？」

實際上，垃圾圍城的問題不僅存在於都市，在遙遠的太空，也同樣存在著嚴重的環境問題。今天我們就來說一說太空環境的最大污染源——空間碎片。

那麼什麼是空間碎片呢？

聯合國和平利用外層空間委員會(UNCOPOUS)和機構間空間碎片協調委員會(IADC)對空間碎片的定義是：地球軌道上在軌運行或再入大氣層的無功能的人造物體及其殘塊和組件。

空間碎片具體包括：完成任務的火箭箭體和衛星本體、火箭的噴射物、在執行航天任務過程中的拋棄物、空間物體之間碰撞產生的碎塊等。

換句話說：由人類的太空活動產生，又對人類沒有功能的太空物體，都是空間碎片。

例如，1970年發射的我國第一顆人造衛星「東方紅一號」至今仍然在軌，但是隨著其功能失效，從定義上講，它早已是一個空間碎片。

基於自主編目數據模擬預報2019年7月10日「東方紅一號」的監測情況

| 視頻來源：中科院空間目標與碎片觀測研究中心

再比如最近Spacex公司推動的太空互聯網Starlink星鏈計劃，其首批60顆試驗衛星已經通過獵鷹9號火箭成功發射，這些試驗衛星在其失效後，也將成為新的空間碎片。

那麼空間環境的現狀是怎樣的呢?

自1957年第一顆人造地球衛星升空以來，截至2019年7月1日，人類共把8461顆航天器送入軌道，其中3432顆已經隕落，5029顆航天器仍然在軌。然而，在這5029顆在軌運行的航天器中，僅有1000多顆航天器仍然在正常工作，其餘的都已經喪失功能變成了空間碎片。在此期間，太空還發生了數百次的在軌航天器或火箭解體、爆炸和撞擊事件，產生了數量眾多的空間碎片。

這樣，在太空就形成了一個人為的外層空間環境——空間碎片環境。據統計，目前數億毫米級以上的空間碎片運行在地球軌道空間，總質量達到幾千噸。

空間碎片對在軌航天器的危害

太空中如此多的空間碎片，會對在軌航天器的安全運行造成極大的威脅。目前，中國在軌航天器已達356顆，與空間碎片在100米以內的近距離危險交會，平均每年發生數十次。雖然大部分空間碎片的尺寸較小，但空間碎片運行速度非常快，平均速度是子彈的二十倍。因此，小尺寸空間碎片也具備極大的動能，一旦撞上航天器，將造成災難性的後果：厘米級以上空間碎片可以導致航天器徹底損壞，毫米級或微米級空間碎片可以導致航天器性能下降或功能失效。

地球軌道空間不可承受之重

更為緊迫的是，隨著航天發射門檻的降低，空間碎片數量的增長還在不斷加快。在低地球軌道區域，厘米級空間碎片由2005年的30萬個增長到2015年的50萬個。

根據美國空間碎片研究專家Kessler的研究結果，按照目前的空間碎片增長速度估算，如果不採取任何措施， 70年後空間碎片數量將達到發生碎片鏈式撞擊效應的臨界值，之後近地空間將徹底不可用。這就意味著我們的子孫後代將無法再繼續探索星空，因此聯合國、IADC、ESA等國際組織已陸續編寫了各項太空行為準則，對各國的太空活動進行約束和規範，避免人為原因產生更多的碎片。

改善空間環境的技術手段有哪些？

那麼如何通過技術手段改善空間環境，避免空間碎片損壞我們的衛星和載人飛船、空間站呢？

第一種是被動防護，即在航天器的表面採取防護措施，比如安裝防護板。