 周一 · 知古通今 | 周二 · 牧夫专栏 周三 · 太空探索 | 周四 · 观测指南 周五 · 深空探索 | 周六 · 茶余星话 | 周日 · 视频天象 作者：王启儒 校对：牧夫天文校对组 后期：大表哥2pc端已经发售3年了耶.。。。 责任编辑：毛明远 几十年来，人类太空探索的脚步没有丝毫停歇。然而，日益膨胀的商业活动和地缘政治正影响这一前沿领域。[1]虽然早期太空活动都由公共部门主持或资助，但在过去十年里，私人投资的比例正在不断增加。新企业正在突破传统企业对卫星传输服务供应的控制，特别是在互联网有关的通信或发射服务方面。部分政府之所以鼓励私人太空活动（尤其是在近地轨道LEO或中轨道MEO的发射活动），是为了进一步扩大国家“领土”、加强本国在太空的军事或国防力量。不得不考虑的一个问题是：增加对这些轨道的利用带来了拥堵的风险，增加太空碎片的数量，同时还提高了发生碰撞的可能性，而太空“自清洁”的速度完全赶不上太空垃圾的增长。 几十年来，传统的地球静止轨道（GEO）商业卫星市场一直主导着通信领域，现如今企业可以从近地轨道或中轨道提供同样的服务，GEO市场正逐渐失去其商业价值。在过去的近十年中，投入太空倡议新应用的资金快速增长：企业、初创公司和研究机构数量激增，聚拢了数十亿美元的资金，压低了发射系统的成本，尤其是近地轨道的发射成本（见图1）[2]。成本降低为众多领域的更多小型卫星提供发射机会。随着发射成本效益的增加，人们的目光正在转向高光谱遥感、太空能源生产、制造、采矿和旅游等领域[3]。 * 近地轨道（LEO）通常包括以地球为中心的轨道，高度为2000公里或以下；地球静止轨道（GEO）包含的轨道高度更高，通常在地球赤道上空35000公里的高度；而中轨道（MEO）则包括一系列介于近地轨道和地球静止轨道之间的轨道。  近年来按投资者类型划分的太空投资股权资本 Credits: Global Risks Report 2022 17th Edition 商业、民用和军事领域正趋向于用数量巨大的卫星星座代替之前那种昂贵且功能单一大型地球静止卫星系统。自1957年第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来，全球总共发射了大约1.1万颗卫星，但如果各国的拟定计划能顺利实施，在未来几十年内还将会有7万颗卫星进入地球轨道（见图2）[4]。这些卫星一旦进入轨道，除非主动退役，其中许多卫星可能会在太空中停留数百年[5]。同时，因为较小的成本和低发射门槛，低成本卫星数量也在激增[6]。即使目前卫星碰撞的风险仍然相对较低，但卫星数量的增加也加大了它们彼此碰撞的概率，或者至少需要进行紧急制动来避免碰撞。 卫星碰撞可能会阻碍未来的太空发展或加剧国际紧张局势。这是因为如果太空中的物体发生碰撞，它们就可能破裂并产生太空碎片，即使是直径为1至5厘米的太空碎片也可能造成严重破坏[7]。例如，国际空间站（ISS）在2021年5月就被损坏过，当时一块太空碎片穿透了它的机械臂[8]。这种撞击事故在过去几十年中也曾发生过，但它们以后可能会变得更加频繁。  1960-2020年间所有在轨物体的数量变化情况 Credits: Global Risks Report 2022 17th Edition 如果近地轨道上的物体（卫星和卫星碎片）密度高到一定程度，物体之间的碰撞就可能会引发级联效应，也就是说每次碰撞产生的太空碎片会进一步增加出现更多碰撞的可能性，导致卫星碎片呈指数增长。该效应就是大名鼎鼎的凯斯勒效应（Kessler syndrome），由美国宇航局的科学家唐纳德•凯斯勒于1978年首次提出。这个效应警告我们，分布在轨道上的卫星碎片可能会致使在这些轨道范围内的卫星很难被使用，从而导致好几代人在特定轨道范围内的太空活动出现困难。 由于多米诺骨牌效应和反馈失控，凯斯勒效应一旦产生，将变得异常棘手：大质量垃圾之间的碰撞会产生非常多的小碎片，这些小碎片反过来会撞击正常运转的航天器，进而产生越来越多的空间碎片。此外，如果因撞击发生爆炸（比如撞击携带燃料的推进舱或货运舱、反卫星导弹等敌对行动），由此产生的碎片将是毁灭性的。 相信读者读到这里应该已经能联想起一部电影《地心引力》。电影剧情围绕美国航天飞机探索者号在太空执行升级哈勃望远镜的任务期间，由于俄罗斯用导弹炸毁卫星时的计算失误，其碎片造成连锁反应将航天飞机及望远镜击毁展开。虽然电影中不乏科学漏洞（毕竟不是纪录片），但凭借着极佳的视觉效果和充分的节奏调度，该片一度在第86届奥斯卡金像奖上夺得10项提名。不得不说，电影中对凯斯勒效应的描绘非常生动，感兴趣的读者不妨再去重温一遍。  Globalstar在世界各地运营先进的卫星网络和地面基站概念图。 Credit: Globalstar SpaceX的星链计划引发了许多学者的关注，该计划旨在LEO发射大量卫星并构成轨道卫星群，提供覆盖全球的高速互联网接入服务。然而，该计划或将进一步提升凯斯勒效应的发生概率。对此，SpaceX发文表示，大部分的星链卫星轨道高度只有550公里，这个高度会受到较大的大气阻力，在没有助推的情况下，5年之内便会脱离轨道，再入大气直至烧毁。 虽然太空代表了又一个地缘政治和商业竞争出现紧张局势的领域，但在这一领域，重要的合作传统仍不应被遗忘。过去，为了建立相互信任和相互理解，我们通过没有法律约束力的自愿措施建立起了不少行为规范，这帮助我们缓解了在升级边缘的紧张局势。虽然这种方式仍值得保持，但在更加拥挤、竞争更加激烈的太空领域，我们需要更有力的正式治理。主要太空大国之间如果能订下具体可操作的双边或多边协议，便可以帮助创建规范并广泛影响全球各国的行为。  猎鹰九号点火升空 Credits：SpaceX 太空态势感知、空间轨道管理和太空碎片清理等领域都需要规范约束，正式国际协议最终将使所有主体受益。重要的是，就如其他领域技术发展步伐往往会超过监管政策发展步伐一样，将私营企业主体纳入协议制定进程将有助于确保这种契约能够同时反映商业和技术的现实情况。善加利用这些机会，制定各国能够广泛接受的规范，便可以促进各方围绕更具挑战性的太空问题展开讨论。 最后，分享给大家一个有趣的网址： https://ig.ft.com/space-debris/ 参考与引用： [1] Marsh McLennan, SK Group and Zurich Insurance Group, Global Risks Report 2022 17th Edition: CHAPTER 5 Crowding and Competition in Space. 2022.01.11. [2] Fildes, N. 2021.“ 卫星集团面临挑战，要么扩大规模，要么就成为太空垃圾：兴趣浓厚的亿万富翁和新技术分散市场的估值降到地底”.金融时报. 2021年11月14日. [3] 摩根士丹利. 2020“ 投资太空这一最后的边疆”. 2020年7月24日. [4] Daehnick, C. and Harrington, J. 2021. 小心下面：轨道上的太空碎片需要如何处理？” 麦肯锡. 2021年10月1日. [5] Daehnick, C. and Harrington, J. 2021.“ 小心下面：轨道上的太空碎片需要如何处理？” 麦肯锡. 2021年10月1日. [6] 美国航空航天局. 2021. 最先进的小型航天器技术. 2021年10月. [7] 自然. 2021.“ 世界必须携手合作才能避免灾难性的太空碰撞”.自然. 2021年8月11日. [8] Strickland, A. 2021.“ 太空垃圾击中国际空间站，损坏了一个机械臂”. 美国有线电视新闻网络. 2021年6月1日. ————— END ————— 『天文湿刻』 牧夫出品 微信公众号：astronomycn  直插云霄 Credits：SpaceX 牧夫 荐书   “太空的一天”系列以太空中的“一天”为时间线，给读者讲述了20 余个航天器在太空中的一天的故事。本套书为孩子呈现了浪漫、广袤又充满神秘的宇宙画卷，用拟人化的手法展现了在太空中工作和旅行的航天器角色，用故事串联起航天科普知识，让孩子在唯美清新的插画、幽默风趣的故事中学习前沿的科学文化知识。 购买链接→ 两年手绘巨制 呈现最美宇宙 谢谢阅读 |
