华侨网 科技教育 卫星碰撞:不可避免的灾难?

卫星碰撞:不可避免的灾难?

参考消息网11月6日报道 西班牙《机密报》网站10月16日刊登题为《不可避免的灾难:如此多的卫星将开始相互碰撞》的文章,作者是何塞·皮切尔,内容编译如下:

专家指出,人类送入轨道的成千上万颗卫星有可能使太空本身崩溃,但要对其进行管理或设定限制却变得越来越困难。

难以控制碰撞

两颗卫星之间的首次碰撞发生在15年前。美国一家私营公司拥有的“铱33”卫星意外地与已经停止服务的俄罗斯“宇宙2251”卫星相撞。两个分别重达690公斤和900公斤的设备以每秒11千米的相对速度相撞。两颗卫星最终在西伯利亚上空近800千米的高空坠毁。科学家在碎片云中探测到大约600块碎片,这些碎片飘散到了数百公里之外。

从那时起,人类在应对灾难方面取得了长足进步。在过去的五年里,在我们上空运行的卫星数量翻了两番,达到13000多颗,目前有10000多颗正在运行,而且风险也在不断增加。今年2月,另一颗俄罗斯“宇宙2221”卫星在距离美国国家航空航天局(NASA)用于监测大气层的TIMED卫星的10米范围内经过。NASA负责人后来承认,他们担心灾难性的碰撞会影响宇航员执行任务。2023年,美国的“GGSE-4”卫星和“IRAS”太空望远镜之间也发生了类似情况。

恐慌事件不胜枚举,所有这些事件都涉及仍在轨道上运行但我们已无法控制的物体。与此同时,那些我们能够操纵或拥有某种自动校正系统的设备则会为了避免事故而进行回旋。仅在今年上半年,太空探索技术公司(SpaceX)的“星链”计划卫星群(埃隆·马斯克已拥有6000多颗卫星)就不得不进行近5万次操作以避免碰撞。这种情况可持续吗?

敲响安全警钟

一个研究小组在查阅了国际电信联盟的数据库后发现,如果所有的发射请求都能实现,那么在未来几年内,我们将拥有一百万颗卫星。因此,专家开始敲响警钟。哈佛-史密森天体物理学中心的天体物理学家乔纳森·麦克道尔去年曾表示:“我所担心的是,我们正在安全的边缘运行。”

法国索邦大学和国家科学研究中心的天体物理学家和行星科学专家豪尔赫·埃尔南德斯·贝尔纳尔在接受媒体采访时说:“卫星碰撞的主要问题并不是它们停止提供服务(这会影响到所有者及其客户),而是它会产生许多太空垃圾,而这些太空垃圾又会产生连锁反应。这就是所谓的凯斯勒综合征,电影《地心引力》对其进行了戏剧性的描述。无论如何,如今关于这种情况发生的概率以及有多少轨道上的物体是真正可以承受的,还存在一些争论。”

马拉加大学一个专门从事太空经济学研究的小组精确地计算出了轨道上的风险,并建立了一个避免崩溃的最佳发射率模型。何塞·路易斯·托雷斯教授指出:“现在碰撞的概率还不是很高,但碎片的数量却在呈指数级增长。这意味着,随着时间的推移,碰撞的概率会显著增加,直至达到凯斯勒综合征的程度。”

这种螺旋上升的现象极不正常,且似乎无法控制,因为发射更多的物体就意味着增加碰撞的概率,如果发生碰撞,就意味着产生更多的太空碎片。反过来,空间碎片,哪怕只是很小的碎片也会成倍增加灾难发生的可能性。因此总有一天“我们很可能根本无法再利用太空”,因为卫星毫发无损的可能性将降为零。

托雷斯的团队2023年发表的一项研究报告举例说明了这一问题,并显示了这种崩溃是多么接近。具体来说,他们模拟了在战争背景下,两个超级大国决定摧毁对手卫星的情况。仅轰炸250颗卫星就会产生超过2550万个大于1厘米的碎片,随着时间的推移,这将使利用太空的计划变得不可行。最佳卫星发射率或将为零,因为任何卫星都不可能在不受损害的情况下运行。最糟糕的是,这并不是科幻小说:尽管迄今为止人类造成的大部分空间碎片并不是有意而为,但其中一些来自反卫星导弹,几个大国都曾为了展示实力而进行过相关试验。

防止问题升级

现在的问题在于,如何防止问题进一步升级。埃尔南德斯·贝尔纳尔说:“每个国家都要对自己发射的卫星和本国公司发射的卫星负责。这意味着,如果卫星坠毁并造成损失,该国可能需要支付赔偿金,而这种情况已经发生过了。这同样适用于轨道碰撞。不过在实践中,大国并不愿意设定过多的限制。”

马拉加大学的团队从经济学角度出发认为,太空问题是“市场失灵”,是产权界定不清时的常见问题。

托雷斯说:“空间是一种公共物品,没有国际权威机构对其进行监管。当出现环境污染等外部效应时,税收等手段被用来限制活动,从而使价格包含所造成的损害。”他还说:“如果我们对共同利益不加监管,就会产生所谓的公地悲剧,也就是说,过度开发会破坏资源本身,而这就是鲸鱼的遭遇。目前太空‘就像狂野的西部’,短期内似乎不会改变,因为有太多的地缘战略利益试图对其进行监管。”

埃尔南德斯·贝尔纳尔说:“有人说,大批卫星被发射的原因在于太空正在民主化。其中的真意在于,有更多的代理人可以进入太空,但通常是大公司,是那些可以更便宜地发射卫星的公司。”然而,“太空民主化意味着共同决定人类需要什么,因为为了相同的服务(如互联网)而建立几个不同的卫星群是没有意义的”。

托雷斯的研究小组目前正在进行一项模拟研究,以分析根据旨在减少空间碎片的不同政策,太空将如何演变。

这些政策实际上已经被太空机构预见到,但并不是强制性的。例如,“我们分析了如果强制退役不再运行的卫星;如果设计出不产生空间碎片的发射系统,如SpaceX的可重复使用火箭;或者如果改变火箭设计以避免爆炸;将会发生什么情况”。(编译/刘丽菲)

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