日益增长的空间碎片对航天器构成重大威胁

文章来源：科技日报

近日，有媒体报道日本“最重要的”X射线天文卫星“瞳”与地面失去联系，据长期跟踪监测空间碎片的美国联合空间运营中心报告，发现“瞳”失联时，该卫星运行位置附近出现了5处碎片。因此，有专家分析，“瞳”可能受到空间碎片的撞击。一时间，有关空间碎片的话题再次成为人们关注的焦点。空间碎片究竟是什么，有哪些类型，危害如何？

4月24日是首个国家航天日，记者一行来到国家航天局空间碎片监测与应用中心，听该中心副主任刘静讲关于空间碎片的那些事儿。

空间碎片 就是所谓的太空垃圾

“空间碎片就是人们通常说的太空垃圾，是人类空间活动的产物，主要包括在轨运行或再入大气的无功能的人造物件及其残块和组件。”刘静说。

刘静介绍，任务碎片占13%，火箭残骸占17%，失效航天器有22%，解体碎片即航天器爆炸或相互碰撞产生的碎片占43%。从轨道分布来讲，空间碎片主要分布在三个区域，即2000千米以下LEO(近地轨道)区域、20000千米中高轨区域、36000千米地球同步轨道区域，其中600—1000km这个区域分布最密集。

近年来，由于人们空间活动频繁，空间碎片数量急剧增加，LEO区域增加量超过50%。有数字显示，目前，碎片总数量已超过1亿，其中大于10厘米的超过2万，大于1厘米的超过20万。

“也就是说，5%的工作航天器生活在95%的碎片中，面临很大威胁。”刘静强调。

碎片虽小 但危害甚大

“别看这些小小的碎片，危害甚大，厘米级的空间碎片就可导致航天器彻底损坏。”刘静说。

刘静解释，空间碎片平均撞击速度每秒10公里，因此，厘米级碎片产生的动能就相当于一辆小轿车以五六十公里的时速撞上卫星，其危害可想而知。

刘静表示，由于这些碎片速度比较快，各种尺寸的碎片都会对航天器造成危害，较大碎片撞击会使航天器破裂、爆炸、结构解体，微小碎片累积效应会改变元器件的性能，导致航天器性能下降或功能失效。

而且，厘米级碎片不易监测。“目前美国等空间碎片监测能力较强的国家，能较全面监测到的最小碎片尺寸也只有10厘米左右。”刘静说。

与此同时，还要警惕空间碎片陨落的威胁。刘静表示，低轨卫星受大气阻力作用高度逐步降低最终陨落，陨落事件几乎每天都会发生，体积较大的卫星陨落时可能有未烧毁的残骸落至地面，造成地面人员的生命和财产损失。

形势严峻 监测中心应运而生

近年来，太空垃圾越来越多，占据越来越多的轨道，航天器安全运行形势严峻。

“这种情况下，迫切需要常态化空间碎片监测预警，保障航天器和地面人员财产安全。”刘静说，而且，常用航天器轨道日渐拥挤，各国航天器之间高风险交会频繁，也需要有统一的国家级联络点执行与外星的碰撞事务协调。

时势造英雄。2015年6月8日，国家航天局空间碎片监测与应用中心在中科院国家天文台正式挂牌成立。

刘静介绍，中心成立后，主要负责空间碎片和近地小天体专用监测设备规划运行管理工作，提升空间碎片碰撞预警和应急响应能力。

“简单说，在我国进行卫星发射时，中心就要提前预警，选择一个空间相对干净或者风险最小的时机以进行发射，规避碰撞。而当有空间碎片或外星靠近我国在轨飞行器，可能对其带来威胁时，就要提前向有关部门汇报。”刘静说。

以委内瑞拉“委遥一号”卫星为例，在刚刚过去的2016年春节期间，中心在收到对方的预警分析请求后，迅速展开观测分析，结果显示其在2月5日到22日期间会与外星遭遇三次距离小于100米的交会，其中一次距离仅有几米，需要稍微动一下。而另外两次风险相对可控，没有动的必要。

当然，中心最主要的任务是为我国气象、海洋、资源、实践等系列100多颗卫星提供日常碰撞预警服务。有数据显示，2015年共发生红色预警87次、黄色预警538次、蓝色预警6695次。

“目前我国对重要的在轨应用卫星都会进行空间碎片监测，未来根据国家要求，可能会对所有在轨卫星都进行碎片监测。”刘静说。