凯斯勒综合症即将来临的噩梦

大流行年的万圣节不是瘟疫期间的盛宴,但不可避免地具有阴沉的色调。在太空中,有一个类似于僵尸末日,大流行或其他恐怖的模拟,你们中的一个人可能在上周末打扮。凯斯勒综合症是具有多米诺效应的卫星碰撞:太空中的物体碰撞,产生空间碎片,再与新物体碰撞等等。真正令人恐惧的是,这是我们非常真实的未来。





艺术家看到的凯斯勒综合症



一切都会不好



技术进步的数字表达,卫星数量在增加的事实,也有其黑暗的一面。任何设备在其活动寿命结束时,绝不以文化方式进入特殊的埋葬轨道,以免打扰任何人。此外,当卫星与运载火箭的上级或最后级分离时,它们都在目标或转移轨道上,并且不是每个上级都进入其处置轨道。火箭的设计特征还导致一个事实,即在一辆已发射的运载工具上可能会出现多个空间碎片物体。结果,到2020年,轨道上被跟踪物体的数量接近2.1万。





NASA ODPO图片



而且对空间碎片数量的计算是悲观的-卫星和用过的级有时会爆炸(更确切地说,当某些储有压力的储罐崩溃时,它们会破裂),到目前为止,彼此之间很少发生碰撞。根据模型的设置,垃圾的数量会缓慢或快速地增长。需要特别指出的是,这些模型尚未考虑到巨大的空间星座Starlink,OneWeb,亚马逊的Project Kuiper以及一些可能的中国同行的部署。





LEGEND模型中的NASA计算



危险路口



尽管威胁到我们的太空碎片数量增加的威胁的严重性,但有两个鲜明的事实最明显,这就是电影《重力》的错误。首先,无需担心空间碎片数量的爆炸性增长。模型显示轨道上的卫星碰撞次数逐渐增加。根据欧洲航天局的计算,轨道上的物体发生严重碰撞的频率约为每五年一次。预计在22世纪前后,每年发生五次碰撞的频率几乎使它无法发射新卫星。其次,这种碰撞不会击倒所有轨道上的所有卫星;在太空中,既有相对安全的路线,也有非常危险的交叉路口。





卫星在某些轨道上的集中度,来源



低地轨道。它的主要优点是轨道高度越低,卫星将越快地制动残余大气并在其致密层中燃烧。对于高达600 km的海拔高度,取决于设备的面积和质量,时间可能会有很大变化,但是欧洲航天局的估计表明,如果没有我们的参与,在25年内任何碎片都会消失。





欧洲航天局极地和太阳同步轨道MASTER模型中物体的轨道分布



...现在,倾斜90°且海拔800-1200 km的轨道是太空中最危险的地方。首先,那里已经发射了许多卫星-这些轨道对于观察地球非常方便。此外,轨道在极点上方相交,发生碰撞的危险增加了许多倍,并且当释放最大能量时碎屑可能以任何角度发生碰撞,包括正面碰撞,并且碎屑散布在各种轨迹上。最后,2009年撞车事故产生的碎片已经在这里飞行,当时破损不堪的苏联卫星Kosmos-2251和正在运行的Iridium-33在相交的航道上相撞,形成了2,296个可见碎片。事实上,这次碰撞发生在最有可能发生的地方-海拔789 km的极点附近。卫星星座将使这个地方变得更加危险-OneWeb将不得不在1200 km的极地轨道上工作,而Starlink计划指出在1100、1325、1130和1275 km的轨道上的轨道,并且已经要求该公司仅将自身限制在550 km的设备上。



中等轨道的导航卫星。 GLONASS卫星位于三架飞机上,高度分别为19400公里,GPS-20180,北斗-21500和伽利略-23222。这足以在图表上形成明显的密度爆发,但即使考虑到损坏的设备,此处发生碰撞的可能性也很小-卫星还不多,但仍有足够的空间。



地理转换轨道。图上显着的密度爆发给出了对地静止转移轨道,其中保留了将卫星带入对地静止轨道的火箭的最后阶段或倒数第二阶段。不同的所需特征速度(delta-V)给出了多达三个显着的组-贝科努尔,卡纳维拉尔角和库鲁。这里没有活动的车辆,只有旧的碎片,到目前为止,发生碰撞的可能性相对较小。





, NASA



...对于观测整个半球的中继卫星和气象设备来说,这非常方便,因此,卫星数量相对较多,而且使用时间长的事实意味着那里有足够的旧碎屑。在轨道上产生干扰作用并需要消耗燃料以维持其惯性的力,在这里,从一个特殊的意义上讲,有助于“清除碎片”-没有燃料或破碎的航天器留下的月球以15°的倾斜度逐渐拖入轨道,并且地球略有不对称性使该地区存在碎片两个平衡点之一。但是这里有一些偏心率很高的物体(拉长的,不是圆形的),因此相对速度可能高达4 km / s的碰撞。它也有自己的埋葬轨道,越来越多的卫星生活到燃料用尽的地步,最后一滴花在了墓地的文明护理上。同样,对地静止轨道的独特之处在于,一个特殊的拾荒卫星实际上可以在这里工作(例如,在极地轨道上,它只能使在同一平面上飞行的车辆井井有条)。



追求纯净



正如他们所说,提出和理解问题已经是解决方案的一半。凯斯勒综合症发展缓慢的事实意味着人类有机会应对它。这并非易事-已经存在于太空中的物体将逐渐自行产生越来越多的碎片,而且没有人会同意暂停发射新卫星。但是问题也不是无法解决的-近年来,出现了各种各样的空间碎片清除项目-从帆和电缆系统等奢侈的想法或将垃圾回收为燃料以进行清道夫飞行。尚无标准和强制性要求,但人们可以希望,在可预见的将来,车辆将开始接受可以使甚至破损的卫星脱离轨道的可靠系统。战胜凯斯勒综合症将是人类必须解决的21世纪的重要任务之一。如果他不想被迫离开太空。



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