太空碎片研究未来可行性

太空碎片降落的越来越频繁。它撞到人或损坏财产的可能性有多大?

仅在一周中，发生了两起太空碎片在意想不到的地方落地的事件。

一块被认为是太空碎片，竖立在澳大利亚的一块田地里。(图片来源:布莱德·塔克，作者提供)

本文最初发表于对话网站。该出版物为宇宙网的专家之声:观点与见解提供了这篇文章。

富宾恩· 桑德，南昆士兰大学航空航天工程高级研究员

仅在过去一周，我们就看到了两起太空碎片在意想不到的地方飞回地球的事件。

上周六，中国长征五号乙火箭在马来西亚上空失控重返大气层。昨天，新闻媒体报道了在新南威尔士州地区发现的一些航天器部件，现已确认来自太空探索技术公司的1号组任务。

随着航天工业的发展，可以肯定地说，这类事件只会越来越频繁，而且可能会带来风险。但风险到底有多大?

7月24日，长征五号运载火箭在中国海南省文昌航天发射中心成功发射。周六，部分残骸落入印度洋。(图片来源:李刚/美联社)

大块大块的金属向我们飞来

空间碎片是指空间系统中不再需要的剩余部件。它可能是一颗寿命已到尽头的卫星(如国际空间站)，或者是一个火箭系统的部件完成任务后，被丢弃了。

迄今为止，中国已经发射了三枚长征五号乙火箭，每一枚都被故意留在不受控制的轨道上。这意味着没有办法知道他们会在哪里着陆。

至于在雪山发现的太空探索技术公司的碎片，太空探索技术公司以一种受控的方式使其火箭部件脱离轨道，并设计其他部件在重新进入地球大气层时燃烧。但正如你从最新的新闻中看到的，这些事情并不总在预料中。

那么太空垃圾到底有多危险呢?

据我们所知，只有一个人被它击中过。1997年，俄克拉荷马州塔尔萨的居民洛蒂·威廉姆斯(Lottie Williams)被一块碎片击中。它和她的手差不多大，据推测来自德尔塔II号火箭。她把它捡起来，带回家，第二天向当局上报这件事。

然而，随着越来越多的物体进入太空并返回，有人或物被击中的可能性正在增加。对于像长征五号乙这样的大型、不受控制的物体来说尤其如此。

这种型号的火箭已经发射了三次:

第一个于2020年5月11日重新进入，其组件降落在一个非洲村庄;

第二枚于2021年5月9日在马尔代夫附近重新进入;

第三颗卫星于周六在印度尼西亚和马来西亚上空重新进入大气层，残骸落在这些岛屿周围。

有我担心的事吗?

关于太空碎片撞击人类的可能性众说纷纭，但大多数在万分之一的范围内。这是世界上任何地方任何人被击中的几率。然而，个别人(比如你或我)被击中的几率大约是万亿分之一。

估计背后有几个因素，但现在只关注一个关键因素。下图显示了最近的长征5B-Y3火箭在其最后24小时所遵循的轨道路径(不同的物体采用不同的轨道路径)，以及红色标记的再入位置。

正如你所看到的，火箭在陆地上空运行了很长一段时间。

长征3B-Y3运载火箭最后24小时的运行轨道。红星表示重新进入大气层的大概位置。(图片来源:作者提供)

具体来说，在这些轨道上，飞行器大约有20%的时间在陆地上度过。粗略估计，20%的土地有人居住，意味着长征五号乙再入有4%的发生在有人居住的地区。

可信度相当高。但当你考虑到“有人居住的土地”实际上有多少人居住时，受伤或死亡的可能性就会大大降低。

另一方面，财产损失的可能性更高。对于长征五号乙的任何一次再入，它可能高达1%。

此外，空间碎片带来的总体风险将随着发射和再进入大气层的物体数量的增加而增加。世界各地的公司和航天机构目前的计划涉及更多的发射。

中国的天宫空间站将于今年年底完工。韩国最近成为第七个发射卫星载荷超过一吨的国家，并计划扩大其航天部门(与、俄罗斯、印度和阿拉伯联合酋长国一起)。

很有可能被击中的几率只会上升(但希望仍然很小)。

如何着手准备?

有两个问题：

预测一个在不受控制的轨道上的物体将在哪里重新进入地球大气层是极具挑战性的。经验表明，估计再入时间将在剩余轨道时间的10%到20%之间。

一个物体预计10小时内重新进入大气层，不确定性范围约为1小时。如果一个物体每60-90分钟绕地球一圈，它几乎可以进入任何地方。

改善这种不确定性是一个巨大的挑战，需要大量的研究。即便如此，在1000公里范围内更准确地预测物体的再入位置可能性很低。

降低风险的方法

降低风险是一个挑战，但有几个选择。

首先，所有发射到地球轨道的物体都应该有一个安全脱离轨道进入无人区的计划。会选择SPOUA(南太平洋无人区)，也被称为“航天器墓地”。

其次是设计组件，使它们在重新进入时完全分解。如果所有东西在撞击高层大气时都燃烧殆尽，那么就不再存在重大风险了。

已经有一些官方要求将空间碎片的风险降到最低，比如联合国关于外层空间活动长期可持续性的指导方针，但相关机制并没有具体落实。

此外，这些指导方针如何在国际上适用，谁可以执行它们?问题仍然没有答案。

总而言之，你应该担心被太空碎片击中吗?目前还没有这个顾虑。对空间碎片的进一步研究对未来很重要吗?必须的。

BY:Fabian Zander

FY: Jane

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