莫斯科时间 11 月 15 日凌晨,一枚俄罗斯导弹将一颗俄罗斯卫星炸成碎片。“宇宙-1408”卫星已在轨道上运行了近四十年。这颗被摧毁的卫星留下了至少 1,500 块可追踪的碎片,以及无数更小、无法探测的碎片,对轨道上的其他物体构成了威胁。此次摧毁行动本身就导致国际空间站上的宇航员和航天员不得不进入太空避难。它还威胁到了中国天宫空间站上中国航天员的安全。
“今天早些时候,由于俄罗斯反卫星武器(ASAT)破坏性试验产生的碎片,国际空间站的宇航员和航天员为安全起见,进行了紧急程序,” NASA 局长比尔·尼尔森 周一在一份声明中说。
由于国际空间站每 90 分钟绕地球运行一周,它会反复经过碎片云附近或穿过碎片云,因此在两次经过碎片云附近时,都下达了就地避难的命令。
“宇宙-1408”卫星的摧毁以及碎片的产生,展示了一种陆基反卫星武器。碎片的数量以及其被摧毁的高度,在可预见的未来都将对所有卫星和空间站构成威胁。
以下是我们了解的事件情况。
被摧毁的是什么?
“宇宙-1408”是一颗苏联卫星,于 1982 年 发射升空,用于监听地球下方的无线电信号。这是侦察卫星一项比较常规的工作,曾是各国利用轨道物体达到军事目的的主要方式之一。在 太空军 出现很久以前,有能力发射卫星的国家就已经利用它们来监视下方的世界。
“宇宙-1408”卫星重约 4,400 磅,足够大,在被摧毁时会产生大片碎片。
“宇宙-1408”卫星是如何被摧毁的?
反卫星导弹(ASAT)是各国摧毁轨道物体最直接的方式之一。这枚导弹似乎是 A-235 / PL-19 Nudol 反卫星系统,从位于莫斯科以北约 500 英里、圣彼得堡以东北约 400 英里的普列谢茨克航天发射场发射。俄罗斯此前曾至少测试过 10 次“努多尔”导弹,但这是首次用它来对付卫星。
通过此次摧毁,俄罗斯加入了中国、美国和印度等国的行列,这些国家都成功地摧毁了自己的卫星,以此测试和展示了各自的陆基导弹。这是一个令人不安的殊荣。卫星摧毁的物理原理不可避免地会产生碎片,而这些碎片又会威胁到它所遇到的所有其他物体。每一个摧毁了轨道物体的国家,至少都在卫星上有所投入,而每一个碎片云都威胁着它们持续的生存能力。
为什么太空碎片是一个如此大的问题?
轨道本质上是运动物体与地球之间的一种关系,轨道上的物体总是在坠落。如果卫星在最初被置于良好的轨道上,它们可以在太空中运行数十年,只需很少或无需调整。在轨道上,卫星一直在以一种引力使其保持运动的方式坠落,直到最终轨道退化,它们重新进入大气层。
碎片遵循同样的基本逻辑。随着时间的推移,前卫星的碎片会漂移,与地球形成新的关系。其中一些碎片会漂移到较低的高度,在那里它们会重新进入大气层,并极有可能烧毁。大部分碎片会进入某种规则的轨道,碎片云会变得更加分散。
我们知道这种模式,因为它以前就被观察到过。对中国 2007 年卫星摧毁事件的分析表明,这次测试产生的碎片很可能会如何扩散和持续存在。
“碰撞发生后的几分钟内,碎片云就开始围绕卫星原来的轨道扩散,” 2007 年,安全世界基金会 的 Brian Weeden 写道。“在反卫星武器试验后的十天,碎片已经扩散到整个轨道,在地球周围形成了一个‘碎片环’。试验三年后,碎片已经扩散得更广,有效地覆盖了[近地轨道]的大部分区域。”
可追踪碎片的阈值大约是直径 2 英寸的物体,而更小的碎片,其速度与大碎片相同,传感器更难捕捉。所有的碎片都对轨道上的卫星和宇航员构成一定的风险。近地轨道的太空碎片以每小时 17,500 英里的速度运行,NASA 发现,即使是油漆碎片在这种速度下也会损坏航天飞机的窗户。
快速移动的小颗粒相当于对精密系统进行枪击,而大块碎片则可能撕裂防护罩或太阳能电池板等脆弱结构的部件。更糟糕的是,风险计算是概率数学,任何错误都可能被放大,如果计算错误的话。
我们能清理太空碎片吗?
各国仍在摸索。2019 年,欧洲航天局委托了一项太空碎片清理任务,计划于 2025 年发射,目标是从轨道上主动清除大型物体。2018 年,RemoveDEBRIS 任务测试了一种在轨道上捕获大型碎片的水晶枪,以及其他技术。2021 年 3 月,一项由英国运营、日本制造的名为 ELSA-d 的清理系统测试 成功进入轨道。
这些努力都表明了对清理轨道空间的浓厚兴趣,这是合乎情理的。2021 年,卫星工业协会估计 全球太空经济 的价值为 3710 亿美元。碎片威胁着这一切,更不用说它对军用卫星造成的风险了。