太空碎片研究未來(lái)可行性

太空碎片降落的越來(lái)越頻繁。它撞到人或損壞財(cái)產(chǎn)的可能性有多大?

僅在一周中，發(fā)生了兩起太空碎片在意想不到的地方落地的事件。

一塊被認(rèn)為是太空碎片，豎立在澳大利亞的一塊田地里。(圖片來(lái)源:布萊德·塔克，作者提供)

本文最初發(fā)表于對(duì)話網(wǎng)站。該出版物為宇宙網(wǎng)的專家之聲:觀點(diǎn)與見(jiàn)解提供了這篇文章。

富賓恩· 桑德，南昆士蘭大學(xué)航空航天工程高級(jí)研究員

僅在過(guò)去一周，我們就看到了兩起太空碎片在意想不到的地方飛回地球的事件。

上周六，中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)乙火箭在馬來(lái)西亞上空失控重返大氣層。昨天，新聞媒體報(bào)道了在新南威爾士州地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一些航天器部件，現(xiàn)已確認(rèn)來(lái)自太空探索技術(shù)公司的1號(hào)組任務(wù)。

隨著航天工業(yè)的發(fā)展，可以肯定地說(shuō)，這類事件只會(huì)越來(lái)越頻繁，而且可能會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。但風(fēng)險(xiǎn)到底有多大?

7月24日，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭在中國(guó)海南省文昌航天發(fā)射中心成功發(fā)射。周六，部分殘骸落入印度洋。(圖片來(lái)源:李剛/美聯(lián)社)

大塊大塊的金屬向我們飛來(lái)

空間碎片是指空間系統(tǒng)中不再需要的剩余部件。它可能是一顆壽命已到盡頭的衛(wèi)星(如國(guó)際空間站)，或者是一個(gè)火箭系統(tǒng)的部件完成任務(wù)后，被丟棄了。

迄今為止，中國(guó)已經(jīng)發(fā)射了三枚長(zhǎng)征五號(hào)乙火箭，每一枚都被故意留在不受控制的軌道上。這意味著沒(méi)有辦法知道他們會(huì)在哪里著陸。

至于在雪山發(fā)現(xiàn)的太空探索技術(shù)公司的碎片，太空探索技術(shù)公司以一種受控的方式使其火箭部件脫離軌道，并設(shè)計(jì)其他部件在重新進(jìn)入地球大氣層時(shí)燃燒。但正如你從最新的新聞中看到的，這些事情并不總在預(yù)料中。

那么太空垃圾到底有多危險(xiǎn)呢?

據(jù)我們所知，只有一個(gè)人被它擊中過(guò)。1997年，俄克拉荷馬州塔爾薩的居民洛蒂·威廉姆斯(Lottie Williams)被一塊碎片擊中。它和她的手差不多大，據(jù)推測(cè)來(lái)自德?tīng)査蘒I號(hào)火箭。她把它撿起來(lái)，帶回家，第二天向當(dāng)局上報(bào)這件事。

然而，隨著越來(lái)越多的物體進(jìn)入太空并返回，有人或物被擊中的可能性正在增加。對(duì)于像長(zhǎng)征五號(hào)乙這樣的大型、不受控制的物體來(lái)說(shuō)尤其如此。

這種型號(hào)的火箭已經(jīng)發(fā)射了三次:

第一個(gè)于2020年5月11日重新進(jìn)入，其組件降落在一個(gè)非洲村莊;

第二枚于2021年5月9日在馬爾代夫附近重新進(jìn)入;

第三顆衛(wèi)星于周六在印度尼西亞和馬來(lái)西亞上空重新進(jìn)入大氣層，殘骸落在這些島嶼周圍。

有我擔(dān)心的事嗎?

關(guān)于太空碎片撞擊人類的可能性眾說(shuō)紛紜，但大多數(shù)在萬(wàn)分之一的范圍內(nèi)。這是世界上任何地方任何人被擊中的幾率。然而，個(gè)別人(比如你或我)被擊中的幾率大約是萬(wàn)億分之一。

估計(jì)背后有幾個(gè)因素，但現(xiàn)在只關(guān)注一個(gè)關(guān)鍵因素。下圖顯示了最近的長(zhǎng)征5B-Y3火箭在其最后24小時(shí)所遵循的軌道路徑(不同的物體采用不同的軌道路徑)，以及紅色標(biāo)記的再入位置。

正如你所看到的，火箭在陸地上空運(yùn)行了很長(zhǎng)一段時(shí)間。

長(zhǎng)征3B-Y3運(yùn)載火箭最后24小時(shí)的運(yùn)行軌道。紅星表示重新進(jìn)入大氣層的大概位置。(圖片來(lái)源:作者提供)

具體來(lái)說(shuō)，在這些軌道上，飛行器大約有20%的時(shí)間在陸地上度過(guò)。粗略估計(jì)，20%的土地有人居住，意味著長(zhǎng)征五號(hào)乙再入有4%的發(fā)生在有人居住的地區(qū)。

可信度相當(dāng)高。但當(dāng)你考慮到“有人居住的土地”實(shí)際上有多少人居住時(shí)，受傷或死亡的可能性就會(huì)大大降低。

另一方面，財(cái)產(chǎn)損失的可能性更高。對(duì)于長(zhǎng)征五號(hào)乙的任何一次再入，它可能高達(dá)1%。

此外，空間碎片帶來(lái)的總體風(fēng)險(xiǎn)將隨著發(fā)射和再進(jìn)入大氣層的物體數(shù)量的增加而增加。世界各地的公司和航天機(jī)構(gòu)目前的計(jì)劃涉及更多的發(fā)射。

中國(guó)的天宮空間站將于今年年底完工。韓國(guó)最近成為第七個(gè)發(fā)射衛(wèi)星載荷超過(guò)一噸的國(guó)家，并計(jì)劃擴(kuò)大其航天部門(與、俄羅斯、印度和阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)一起)。

很有可能被擊中的幾率只會(huì)上升(但希望仍然很小)。

如何著手準(zhǔn)備?

有兩個(gè)問(wèn)題：

預(yù)測(cè)一個(gè)在不受控制的軌道上的物體將在哪里重新進(jìn)入地球大氣層是極具挑戰(zhàn)性的。經(jīng)驗(yàn)表明，估計(jì)再入時(shí)間將在剩余軌道時(shí)間的10%到20%之間。

一個(gè)物體預(yù)計(jì)10小時(shí)內(nèi)重新進(jìn)入大氣層，不確定性范圍約為1小時(shí)。如果一個(gè)物體每60-90分鐘繞地球一圈，它幾乎可以進(jìn)入任何地方。

改善這種不確定性是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，需要大量的研究。即便如此，在1000公里范圍內(nèi)更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)物體的再入位置可能性很低。

降低風(fēng)險(xiǎn)的方法

降低風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)挑戰(zhàn)，但有幾個(gè)選擇。

首先，所有發(fā)射到地球軌道的物體都應(yīng)該有一個(gè)安全脫離軌道進(jìn)入無(wú)人區(qū)的計(jì)劃。會(huì)選擇SPOUA(南太平洋無(wú)人區(qū))，也被稱為“航天器墓地”。

其次是設(shè)計(jì)組件，使它們?cè)谥匦逻M(jìn)入時(shí)完全分解。如果所有東西在撞擊高層大氣時(shí)都燃燒殆盡，那么就不再存在重大風(fēng)險(xiǎn)了。

已經(jīng)有一些官方要求將空間碎片的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，比如聯(lián)合國(guó)關(guān)于外層空間活動(dòng)長(zhǎng)期可持續(xù)性的指導(dǎo)方針，但相關(guān)機(jī)制并沒(méi)有具體落實(shí)。

此外，這些指導(dǎo)方針如何在國(guó)際上適用，誰(shuí)可以執(zhí)行它們?問(wèn)題仍然沒(méi)有答案。

總而言之，你應(yīng)該擔(dān)心被太空碎片擊中嗎?目前還沒(méi)有這個(gè)顧慮。對(duì)空間碎片的進(jìn)一步研究對(duì)未來(lái)很重要嗎?必須的。

BY:Fabian Zander

FY: Jane

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