头顶|头顶上的威胁，太空垃圾碎片对人造卫星究竟有什么影响人造卫星|碎片|头

过去几年来，空间碎片问题日益严重，被在轨空间垃圾的微小碎片损坏或摧毁的卫星数量也越来越多，已经形成了一种解决办法。虽然将最多卫星送入轨道的国家之间从未进行过全面合作，但分享有关空间碎片的一些数据的意愿越来越强烈。
在轨卫星的数量越来越多，其中大多数是商业卫星，而不是军用卫星。军用卫星力求隐蔽自己的位置，并经常为此四处移动，而数量更多的商业通信、科学和观测卫星则不然。更多的空间碎片云已经成为一个越来越大的威胁，特别是对不能移动的卫星。解决方案是开发更好的分析和图形工具，使商业卫星运营商能够预测越来越多的碎片群在哪里，以及这些数据如何随时间变化。大多数碎片都在LEO（低地轨道），那些微小的物体会定期落入大气层并汽化。所以，空间碎片图是一个正在进行中的工作。
十年前，商业卫星运营商成立了空间数据协会，并建立了空间数据中心，收集了所有关于空间碎片的非机密数据。使用更强大的计算机、分析软件和图形显示系统组织，如ComSpOC或ExoAnalytic分析并将所有这些数据作为实时服务提供给商业客户，还可以预测未来几年的情况。这使得商业卫星运营商能够在碎片群似乎正在碰撞过程中时，将昂贵的卫星移开。未来的碎片群活动对于规划在哪里放置新的卫星，特别是包含数千颗小型卫星的新网络非常有用。

文章图片
虽然碎片是一种危险，但应该把它放在一个正确的位置。轨道空间其实相当大。每一个轨道空间的 "层 "都超过6亿平方公里。一层就是你想让它在轨道之间的任何地方（比如一公里）。即使在低轨道（500-2000公里），你也有1500个这样的层。低于500公里的轨道会迅速将碎片拖回大气层。虽然这相当于20亿平方公里的轨道空间，可以容纳50万块危险的碎片，但大多数卫星只占据这些轨道的一小部分，大部分碎片集中在少数碎片群中，这些碎片群的轨道相对来说比较固定。一句话，目前任何活体卫星被碎片击中的几率很低，但随着更多碎片的积累，被击中的几率会增加。这已经到了卫星运营商采取预防措施的地步，比如给卫星配备移动能力（直到燃料耗尽），并花钱请人不断监测碎片碰撞情况。对于一颗耗资数亿美元建造并送入轨道的卫星来说，这被认为是一种谨慎的操作方式。
寻找、跟踪和报告轨道碎片以及卫星的需求越来越大，这种需求已经持续了几十年，实际上得到了很多国际合作，尽管人们一直认为主要的卫星生产国（美国、中国和俄罗斯）并没有透露他们所知道的所有情况。人们越来越需要维护和公开尽可能完整的碎片数据库。

文章图片
到2020年，美国空军成功完成了新的、分辨率更高的太空围栏监视系统雷达的测试。新雷达位于夏威夷西南3900公里处的马绍尔群岛夸贾林环礁。固态S波段相控阵雷达于2015年开始建造，它能够探测和跟踪小到10厘米（4英寸）长的物体。老式的（20世纪60年代）太空监视系统雷达只能探测到至少75厘米（30英寸）长的物体。因此，可以跟踪的轨道物体/碎片数量从23000个增加到20多万个。
这些空间碎片是高速移动的，这意味着小到1厘米（0.4英寸）的物体可以损坏卫星，而更大的东西（至少10厘米）可以摧毁卫星并严重损坏ISS（国际空间站）。20世纪60年代时代的太空监视系统由3个雷达（在德克萨斯州、阿拉巴马州和亚利桑那州）和6个接收站组成。旧系统的维护成本导致其在2013年被关闭。新的 "太空围栏 "将与620公里高的轨道上的一颗天基太空监视卫星以及澳大利亚的一台大型（85吨）望远镜一起工作，该望远镜专门用于更详细地观察太空碎片。

文章图片
计划安装第二台，也可能是第三台 "空间栅栏 "雷达，以便对碎片进行更持久、更准确的跟踪。两部或更多的雷达使其有可能确定哪些碎片对现有卫星和国际空间站等较大的轨道物体构成危险。轨道碎片是轨道空间中一个日益严重的危险，主要卫星发射国在识别和跟踪碎片群方面进行合作。
大多数碎片都很小，但至少有一千块是真正危险的(至少有10厘米/4英寸长、宽或直径)。上面有许多这样的碎片群，必须加以观察和避免。并不是所有的碎片群都是事故造成的。例如，2007年中国的 "杀伤卫星 "试验将一个巨大的碎片群送入轨道，随后俄罗斯的一枚火箭意外爆炸又产生了一个新的碎片群，将1100多个危险碎片送入轨道。这两起事件使轨道上的危险碎片增加了约15%。

文章图片
目前，约有一千颗现役卫星在轨道上，其中近一半是美国卫星。大约75%的卫星都是非军用卫星，大部分是商业卫星，其余是政府非军用卫星。未来几年，由于小型低轨道卫星的网络效率更高，在轨卫星的数量将大大增加。
轨道碎片最常见的产生时间是在卫星入轨时发生的。例如，2012年末，俄罗斯卫星发射装置的第三级在未能将两颗卫星送入轨道后意外爆炸。通过质子火箭发射，最后一级出现了某种问题，显然该级剩余燃料引起了爆炸。这造成了一个由几百块新的空间垃圾组成的碎片场，主要是第三级和两颗卫星的碎片。这促使卫星(和空间站)操作人员检查他们的轨道，并作出调整，如果有可能与这种新的致命(以高速从相反方向来的)碎片云相撞。从好的方面看，这些新的垃圾中有许多是大块头，而且轨道很低，这意味着它们很快就会落向地球并燃烧起来。这也必须被跟踪，这样你就知道哪些碎片消失了，哪些没有消失。分页标题

文章图片
【头顶|头顶上的威胁，太空垃圾碎片对人造卫星究竟有什么影响】轨道碎片的一个不太常见的原因是稳定的卫星在轨道上爆炸。2015年初，一颗美国的太空卫星就发生了这样的事情。这颗卫星是一颗有20年历史的气象卫星，出现了设备故障，地面监测人员发现，卫星内部温度迅速升高，随后卫星爆炸成43块。这对于气象监测来说，并不是灾难性的，因为这颗卫星因为年代久远，在2006年的时候就被降为备份任务。最终，当它出现故障时，会被操纵到一个较低的轨道上，最终在大气层中烧毁，不会在轨道上留下任何碎片。一旦发现卫星出现故障迹象，就计划将卫星操纵到较低轨道，但卫星很快就不受控制，发生了爆炸。虽然罕见，但卫星意外爆炸并不陌生。
21世纪以来，太空垃圾的情况越来越严重。2007年，美国成为第一个不得不改变其一颗卫星轨道的国家，以避开2007年早些时候中国试验反卫星武器时产生的碎片云。这个号召始于1月11日中国发射了一个反卫星系统（KillSat或Killer Satellite），摧毁了中国一颗老旧的气象卫星，大约在850公里以上。这是在大多数侦察卫星挂在上面的范围。导弹击中了气象卫星，结果是产生了几百万个碎片。

文章图片
IADC(机构间空间碎片协调委员会)是一个国际组织，负责协调信息交流和空间行动，因为它们与地球周围轨道上的人造和自然碎片有关。每年都有一些这样的东西落入大气层并燃烧起来，但总是有新的事故或故意的操作，给空间通道增加更多的垃圾。有许多政府和业余团体在监测低轨道空间，这些观察者大多为了大家上去的安全而分享他们的信息。
IADC的工作促成了十年前空间数据协会和空间数据中心的成立，以及随后商业公司的发展，这些公司可以准确预测虫群的位置和未来的走向。拥有空间观测系统的国家，如美国的 "太空围栏 "和最近复兴的俄罗斯地面观测设备网络，在分享数据方面更加开放。所有主要国家都试图对其主要卫星的轨道保密，但由业余观测者创建的基于互联网的数据共享网络使卫星长期隐藏变得更加困难。