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太空|太空垃圾威胁：新指导规范帮助应对太空轨道碎片威胁

简介：面临日益增长的太空航行器 ， 以及航行器碰撞带来的灾害 ， 太空行业利益相关者成立SSC发布自愿性指导规则以避免减少太空垃圾危害 。
太空|太空垃圾威胁：新指导规范帮助应对太空轨道碎片威胁
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图解：电影《太空垃圾3D》中描绘的太空垃圾场景
图源：《太空垃圾3D》
太空——这最后的边疆也许需要一些管制 。
大约有2000颗运营中的人造卫星正围绕地球疾驰 ， 这些卫星中有气象卫星、通信卫星 ， 以及其他执行各类任务的卫星 。 而随着航天器制造成本和发射成本的降低 ， 人造卫星的数量也在稳定上升 ， 甚至将会迎来飞跃 。
例如 ， 太空探索公司（SpaceX）、亚马逊公司（Amazon）、一网公司（OneWeb）都计划在不久的将来组建卫星数量庞大的卫星群 。 2019年5月 ， 太空探索公司发射了该公司“星链”卫星群的首批60颗近地轨道卫星 ， 按计划“星链”的卫星数量最终将达到12000颗 。
太空|太空垃圾威胁：新指导规范帮助应对太空轨道碎片威胁
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【太空|太空垃圾威胁：新指导规范帮助应对太空轨道碎片威胁】图解：太空探索公司“星链”计划标志与卫星群示意图
图源：legitreviews
这些即将部署的绕地航天器并非都是由财力雄厚的公司或者政府机构运营 ， 相当一部分卫星将由一些进入空间技术领域不久的新公司运营 ， 这些公司在几年前甚至未曾想过会成为太空俱乐部的一员 。
事实上 ， 这已经在发生 ， “坦率来讲 ， 即便是小学也能负担得起发射小型实验卫星的费用 。 ”航天技术公司Maxar的首席技术官沃特·斯科特（Walter Scott）告诉太空网（Space） 。
斯科特等人指出 ， 开放的太空是件好事 ， 但是也带来一些风险 。 随着绕地轨道变得越来越拥挤 ， 卫星相撞的风险也在增加 ， 尤其是那些在缺乏运营经验人员控制下的简易卫星 。
卫星相撞是一个大问题 。 例如 ， 2009年2月 ， 运营中的美国通讯卫星“铱星-33”与俄罗斯报废卫星“宇宙-2251”相撞 ， 到当年10月撞击产生了约1800个新碎片 ， 占当时可监测轨道碎片的10% 。 （然而 ， 大多数的太空垃圾因太小而不能被追踪 ， 数百万个太空微粒绕地飞行但无法被我们的仪器发现）
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图解：“铱星-33”与“宇宙-2251”相撞事件与太空垃圾清理设想
图源：necsus-ejms
每一个轨道碎片都是一颗疾驰子弹 ， 以每小时数千英里的速度穿行在太空中 ， 对其他航天器构成潜在威胁 。 理论上讲 ， 一次相撞可能会导致另一次相撞 ， 继而引发下一次 ， 以此类推造成一连串的灾难 ， 这种情况被称之为“凯斯勒现象”（Kessler syndrome） 。
太空安全联盟（SSC）指出 ， 如果航天器的制造方和运营方遵循一些简单的规则 ， 就可以避免凯斯勒现象的发生 ， 至少可以将其在近期发生的几率降到最低 。
SSC是一个由太空工业利益相关方建立的组织 。 2019年9月 ， SSC制定了一份名为《可持续太空运营最佳行为规范》的文件 ， 文件中拟定了太空工业参与者自愿遵循的行为规范 。
SSC指出 ， 跨机构空间碎片协调委员会和联合国和平利用外层空间委员会已经制定过减少太空垃圾的指导准则 ， 但是这些准则最后一次修订是在2007年 ， 并没有考虑到后来大量新发射的立方体卫星、小型卫星、卫星群 。 这些新型航天器在空间姿态感知、操作控制、设计方面均有很大的技术进步 ， 为拓展已有的空间技术行业准则和减少太空垃圾的行为规范提供了可能 。
《最佳行为规范》中一个重要的建议是 ， 所有在距地面400km高度以上空间运行的航天器都应具备将航天器推离可能发生相撞轨道的推进系统 。 400km高度是一条自然分界线 ， 国际空间站就是在这个高度运行 。 不会有人想让失控的卫星途径空间站的运行轨道返回地球 。 而低于400km的空间内有足够的大气 ， 对报废航天器产生的阻力足以使其迅速降低轨道坠入大气层 。
斯科特在一篇博客中写道 ， 太空组织可以将距地400km以内的空间指定为“实验区 ， 这样的举措可以保证越来越多的廉价、实验性或教育类立方体卫星运营商拥有可负担的空间 。
太空|太空垃圾威胁：新指导规范帮助应对太空轨道碎片威胁
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图解：海拔400km以内的空间可以指定为实验区 ， 以保证一些卫星运行商拥有低成本运营空间 。
图源：Maxar Technologies
SSC也建议卫星设计者考虑在卫星的指令控制系统采取加密措施 ， 防止黑客的有意破坏造成轨道撞击灾难 。 《最佳行为规范》还包括避免抛投太空垃圾的指导方针 ， 例如 ， 近地轨道（LEO）卫星的运营商应当在卫星发射合同中加入一项太空垃圾处理的要求 ， 即通过一定的技术手段使运载火箭“上面级”再入大气层 。
太空|太空垃圾威胁：新指导规范帮助应对太空轨道碎片威胁
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图解：2011年 ， 欧空局两颗“伽利略”导航卫星搭载俄罗斯“联盟号”运载火箭发射升空 ， 图中运载火箭的Fregat-MT上面级从第三级火箭分离 ， 继续将卫星送往预定轨道 。
图源：ESA
2019年10月15日 ， 31家太空工业利益相关方签署了这项新的指导规范 ， 这些团体中包括一些名声在外的公司 ， 如航天技术公司Maxar（数字地球公司DigitalGlobe和航天器制造商SSL的母公司）、一网公司、火箭实验室公司、铱星公司、欧洲卫星公司SES和国际通信卫星公司Intelsat 。
“不能等到灾难发生后再采取措施 ， 现在正是行动的时候 ， 可以看到Maxar和一网等运营商正在积极行动 。 ”斯科特说 。
2019年9月的两次卫星相撞危机警示着太空迷和卫星运营商要考虑太空垃圾碰撞灾难 。
9月2日 ， 欧空局紧急调整了地球观测卫星“风神”的运行轨道 ， 避免了与太空探索公司“星链”卫星的相撞 ， 两颗卫星相撞几率为千分之一 。
9月18日 ， 毕格罗公司的“创世纪II ”卫星与俄罗斯“宇宙-1300”卫星擦肩而过 ， 相撞的几率为5.6% 。 地面人员没有对两颗卫星进行变轨避险 ， 因为它们均已退役报废 ， 成为众多太空垃圾的一部分 。
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图解：欧空局“风神”卫星 ， “风神”卫星与“星链-44”卫星轨道示意图
图源：cite-espace
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作者: Michael Wall
FY: 牧心
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