主页 > 天文地理 > 太空垃圾有何危害?什么是“凯斯勒现象”?
2018-06-10

太空垃圾有何危害?什么是“凯斯勒现象”?

太空垃圾有何危害?什么是“凯斯勒现象”?


高达估计制造了不少太空垃圾

高达估计制造了不少太空垃圾

地球轨道上的垃圾已经多到接近随时可能引发碰撞,这让太空变得极度危险,它迫切需要清理。

科学家估计,地球轨道上大约有接近叁万件大于十公分的垃圾,它们多数是爆炸或撞击后产生的碎片,不过也有一些完整的卫星和火箭。

雷达只能侦测到十公分以上的物体,因为比较小而无法被雷达侦测到的垃圾,多得数不清。

专家说,别说是垃圾撞击卫星或太空船了,就算只是垃圾间彼此碰撞,都有可能导致毁灭性后果。专家说,如果不立刻採取清理行动,恐怕就来不及了。

自从1957年第一颗人造卫星上天,人类已经进行过约五千次太空发射,发射到太空的人造卫星等航天器的数量应该约有近万颗了,而正在为人类服务的大约有两千颗,那么那些不用了的卫星呢?

不用的卫星,除了降低高度烧毁的一些、飞向更遥远太空的一些,其他还在天上飞着,比如我国发射的第一颗人造卫星“东方红一号”,就还在天上飞着。(拓展:[高中地理]为什么在海南建立航天卫星发射基

另外,空间飞行的其他一些副产品,比如仪器从航天器内部向外探出,早期的方案都是用火药把“窗口”炸开,诸如此类的活动也有一些太空悬浮物。

再加上航天器剥落的碎片等等,可以说我们人类往天上扔了好多大大小小的“垃圾”。

太空垃圾(夸大的漫画,实际密度远没有这么大)

太空垃圾

当然啦,宇宙很大的嘛!“太空垃圾”很“拥挤”吗?

1978年,美国航空航天局(NASA)科学家唐纳德·凯斯勒(Donald J. Kessler)发表了一篇名为“Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt”(“人造卫星的碰撞频率:碎片带的产生”)的论文,他认为在2000年,地球近地轨道的空间碎数量就会足够的大,也就是说在空间中的密度足够高,彼此之间不可避免的发生随机碰撞,而这些随机碰撞将会产生更多的碎片,继续产生更多的碰撞。

每个卫星、太空探测器和载人飞行器都有可能产生空间碎片。随着轨道卫星数量的增加,产生碎片的可能性自然也增大。

刚才说了现在大约有两千颗商业和政府的卫星绕地球飞行,相应的太空碎片估计有60万枚,尺寸从1厘米到10厘米不等。如果放任不管,这些碎片平均每年能摧毁一颗人造卫星。

依据追踪碎片位置的模型画出的太空分布图

依据追踪碎片位置的模型画出的太空分布图

载人航天器和无人航天器最常用的轨道是近地轨道(Low Earth Orbit,简称LEO轨道),这种轨道的高度足够低,空气阻力比较大,区域内比较“干净”。

在这个高度范围内太空垃圾发生碰撞的问题比较不严重,因为碰撞碎片的飞行方向以及较低的能量决定了新的碎片的轨道往往是近地点在更低高度的椭圆、甚至是与地球位置交叉,简单的说就是会向空气密度更大的低高度飞行,摩擦生热燃烧殆尽或者坠落在地面。

但在海拔较高的高度,大气阻力较小,因此太空垃圾的飞行速度减慢、轨道衰减的速度要慢得多(时间更久)。

想要这些碎片消失,除了轻微的大气阻力,月球引力引起的轨道摄动和太阳风的拖曳也可以让碎片逐渐降到较低高度,但这种过程可能长达上千年。

较低高度轨道卫星等人造物的轨道逐渐因大气作用降低

较低高度轨道卫星等人造物的轨道逐渐因大气作用降低

凯斯勒在当时认为我们对它们产生的碎片还不够重视,一旦“垃圾”的空间密度达到一定程度,会引发“连锁反应”。

特别是一旦有对航天器巨大的撞击,产生大量高速飞行的小碎片,将会加剧这种效果,引起大量卫星等人造天体被毁,最坏的情况下碰撞形成了太多的碎片,会带让人类在长达几十年时间里无法向太空发射任何新的无人或者载人航天器。

在当时,科学家们一直记录着仍然留在轨道的人造物体的目录,但并没有根据它们解体的事件更新列表。因此,很难预测这种“破裂副产物”的体积——这些碎片太小,无法被卫星探测到。

此时发表的凯斯勒论文给科学家和政府当头一棒,其意义在于强调了轨道上小碎片即将发生的危险,以及对碰撞产生的次级碎片进行编号记录的必需性。

凯斯勒建议避免碰撞指数增长的最好方法是减少轨道上非运行航天器的数量。

据凯斯勒自己说,他的同事John Gabbard在向一位记者解释这篇论文时创造了“凯斯勒现象”(Kessler syndrome)这个说法(实际上也有直译做“凯斯勒综合征”或“凯斯勒症候群”的,符合常见的医学翻译,但syndrome也有典型表现的意思),随后记者发表报道时顺势采用了这个词。

1996年凯斯勒自己画的漫画

太空垃圾有何危害?什么是凯斯勒现象

凯斯勒的文章发表后受到重视,美国航空航天局很快成立了轨道碎片项目组,并让凯斯勒负责研究这个问题。

此后他常年跟踪太空垃圾,并努力寻求降低太空垃圾形成速度的办法。他对轨道碎片数量大爆发的周期预测是大约30至40年。查看更多:天文地理常识

欢迎关注地理520学习网微博和微信公众号,地理问题交流群 QQ群:184217182


weiboerweima weiboerweima
转载时必须以链接形式注明作者和原始出处:http://www.dili520.com/