太空垃圾：天文学家因私人企业对持续推进发射人造卫星而担忧

自从1957年苏联斯普特尼克1号（Sputnik1, Спутник1）卫星发射，迄今逾2,200次的卫星发射使得近地轨道（LEO）的空间环境愈加拥挤。这些卫星和运载火箭部件，及机械解体、撞击、爆炸产生的碎片一同在LEO形成了太空碎片的“烟雾”。

该现象仍在加剧。过去几周，SpaceX发射了60多颗星链（Starlink）卫星，LEO上的星链卫星总数已经超过500颗；而它们所属的星链计划意图为普罗大众带来低价的天基互联网服务。星链计划最终共将在LEO上部署近12,000颗卫星。

随着亚马逊、加拿大Telesat等公司机构规划类似规模的卫星星座，LEO还会变得更加拥挤。

这些太空碎片最小只有几个微米，最大能达到几米。斯克莱恩大学（University of Strathclyde）的航空航天工程师StuartGrey制作了惊人的可视化成果，该成果突出显示了逾20,000个尺寸大于4英寸（10厘米）的、绕地球转动的物体。但除此之外，地球轨道上仍有成千上万尺寸小于等于0.04英寸（1毫米）的微粒。

太空垃圾正在关上我们观察宇宙的窗户？

业余天文学家们已经对夜空中明亮移动体的增多表示担忧。但相对来说，这可能会给专家们带来更大的困扰。

LEO拥挤对地面天文学家有不可避免的影响。卫星的光亮表面能反射来自太阳的射线，从而导致一束阳光射向地表。这种强光束大大强于天文学家通常观察到的弱光源，会阻碍对深空物体的探测。

现存的光学望远镜已耗费数十亿美元，而未来十年内，还会有数十亿美元投入到新的观测平台上，如智利阿塔卡马高原上在建的欧洲极大型望远镜（E-ELT）。对平台观测时间的竞争非常激烈，因此必须重视任何卫星反射可能带来的潜在威胁，否则一些观测结果将无法推动人们对于宇宙演化的认知。

SpaceX（太空探索技术公司）曾向大众保证星链并不会导致太空垃圾问题，并表示，他们正在采取措施以减轻星链对天文观测的影响——他们甚至测试了其卫星上的黑色涂层是否会降低能见度，同时在必要时调整某些卫星的轨道。

通过发射计划卫星星座的3%，SpaceX已经至少为天文学家所提出的担忧表示了回应。希望其他计划发射卫星星座的机构也能首先处理这一严重问题，即，卫星对天文观测的影响。

但是，聚集在近地轨道同样对卫星和其他航天器具有影响，包括那些用来载人的设备。

为了到达轨道，卫星需要在自身速度和地球重力对他们的影响之间寻找一个平衡。卫星达到此平衡所必须行进的速度取决于其在地球上方的高度。离地球越近，它所需的轨道速度就越快。

在124英里（200公里）的高度，卫星发射所需的轨道速度略高于每小时17000英里，约合每秒7.4公里。

任何在轨卫星或其他飞行器掉落的物体将保持同样的轨道速度。

因此，如果在124英里下迎面行驶，这些物体之间的碰撞可能会以最高34000英里每小时的共同速度发生。这类撞击的影响对航天员和空间站可能存在严重的影响，正如2013年的电影《地心引力》惊心动魄的开幕场景所描绘的那样。

卫星和航天器的表面设有防撞罩，作用是抵挡那些小于0.4英寸（1厘米）的物体的冲撞。

这是最好的防护方式——尽管产生的电磁脉冲可能会干扰电力系统。 而最坏的情况是，较大的太空垃圾可能会穿透航天器。 这会导致内部的破坏和瓦解，威胁到任务的安全。

因此，NASA、ESA等太空机构已经建立了轨道碎片研究项目，以观察此类碎片并制定控制其影响的策略。

毋庸置疑的是，随着对于太空的进一步开发和商业化使用，由太空垃圾导致的灾难性事件的可能性也被人为提高了。为了减少这种灾难的发生，国家和商业机构都必须意识到其潜在危害，及时采取措施减少目前已经存在于太空中的残骸，并且移除如卫星和航天飞行器以减小碎屑垃圾进一步堆积的可能性。“清除碎片”卫星就使用了机载机械臂来抓取垃圾。

只有当我们解决了太空垃圾的问题，才能踏上通往太空的康庄大道。

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相关知识

太空垃圾（又被称为空间碎片或轨道碎片）是指在太空中废弃的人造物品，它们通常在地球轨道上。太空垃圾可以包括不再能运作的飞行器，被废弃的运载火箭载物台，与发射任务有关的废弃物和碎片垃圾。太空垃圾的例子有：废弃的卫星和用过的火箭被废弃的运载火箭载物台以及它们的分解后的碎片，腐蚀物和碰撞所产生的碎片，例如油漆斑点，航天器破裂产生的固化液体以及固体火箭发动机产生的未燃颗粒。太空垃圾对于航天器而言是一种风险。

太空垃圾是一种典型的负外部性：它会产生除了发射飞行器或在近地球轨道使用宇宙飞船额外的支出，即一种不会被发射者和仪表舱所有者完全计入发射成本的费用无论是否有人操作驾驶，一些飞行器都会被太空垃圾损坏甚至摧毁了。目前潜在太空碎片的测量、减缓和清除工作都由航天业的相关人员负责。

作者：Martin McCoustra

FY：Astronomical volunteer team

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