股票杠杆举例 67年发生650多起碰撞解体事件，为什么科学家认为太空灾难已初现端倪？

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将6月初某个夜晚30分钟内拍摄的多张曝光照片叠加后，合成图像展现了布满卫星的天空。

11月，当一块太空垃圾朝国际空间站飞来时，空间站上的七名宇航员严阵以待。

空间站上的一艘俄罗斯飞船启动了发动机，持续五分钟，轻微调整了空间站的轨道，使这个足球场大小的实验室避开了危险。据美国国家航空航天局（NASA）称，如果空间站没有改变轨道，这块碎片可能会在其轨道路径4公里范围内掠过。

碎片撞击空间站可能酿成灾难。一旦撞击，空间站的部分舱段可能会失压，宇航员将不得不紧急返回地球。

更令人担忧的是：这种潜在的撞击事件并不罕见。自2000年11月国际空间站首次有人驻留以来，已经不得不进行数十次类似的机动操作，而且随着地球轨道上物体数量的增多，碰撞风险每年都在增加。

多年来，太空交通专家一直对日益严重的拥堵问题敲响警钟。早期的碰撞、爆炸和武器试验已经产生了数万块专家正在追踪的碎片，以及可能还有数百万块当前技术无法观测到的碎片。

虽然宇航员面临的风险可能是最令人担忧的，但轨道拥堵也对卫星和支撑我们日常生活的太空技术构成威胁，包括GPS工具以及一些宽带、高速互联网和电视服务。

亚利桑那大学图森分校行星科学教授维什努·雷迪博士说：“过去四年里，我们发射到太空中的物体数量呈指数级增长，所以我们正在走向一直担忧的境地。”雷迪提到的这一事件是一种被称为“凯斯勒综合征”的假设现象。

该名称源于美国天体物理学家唐纳德·凯斯勒，基于他1978年的一篇学术论文，如今“凯斯勒综合征”这一术语的定义比较模糊。

但这一术语广泛描述了一种场景：太空中的碎片引发连锁反应：一次爆炸产生一团碎片，这些碎片继而撞击其他太空物体，产生更多垃圾。这种连锁效应可能会持续下去，直到地球轨道被垃圾堵塞，卫星无法正常运行，太空探索不得不彻底停止。

研究人员对于当前的风险水平以及太空拥堵何时可能达到不可逆转的地步存在分歧。

但有一件事已达成广泛共识：太空交通是一个严重问题，迫切需要解决。这是CNN采访科学家和太空交通专家后得出的结论。退休天体物理学家、前 NASA 科学家唐纳德·凯斯勒于2017年4 月18日出席在德国达姆施塔特欧洲航天局举行的欧洲空间碎片会议。

退休天体物理学家、前 NASA 科学家唐纳德·凯斯勒于2017年4 月18日出席在德国达姆施塔特欧洲航天局举行的欧洲空间碎片会议。

太空物体多久碰撞一次？

欧洲航天局表示，自1957年太空时代黎明以来，已经发生了650多起“解体、爆炸、碰撞或异常事件导致碎片化。这些事件包括卫星意外相撞、火箭部件和航天器意外爆炸，以及包括美国、俄罗斯、印度和中国在内的国家进行的武器试验，这些试验在轨道的不同高度散布了碎片。

例如，俄罗斯2021年发射导弹击中了自己的一颗卫星，作为武器试验的一部分，产生了1500多块可追踪的碎片。

最近一次太空物体之间的大规模意外碰撞发生在2009年2月，当时一颗名为“宇宙-2251”（Kosmos 2251）的废旧俄罗斯军用卫星撞上了美国铱星公司（Iridium）运营的一颗在役通信卫星“铱星33”（Iridium 33）。那次事件产生了由近2000块直径近10厘米的碎片组成的巨大云团，以及数千块更小的碎片。

可视化描绘了2009年2月失效的Kosmos 2251和活跃的铱星33通信卫星的意外碰撞，产生了数千块碎片。

类似的小规模事件也很常见：例如，美国空军的一颗气象卫星12月19日在轨道上解体，产生了至少50块新碎片，追踪太空物体的公司LeoLabs周一表示。这只是过去几个月里发生的四起“碎片化”事件中的最新一起，这些事件产生了300多块新垃圾。

我们能看到和不能看到的

对于管理卫星的人来说，太空拥堵可能是一场噩梦。卫星运营商经常会收到每天十几条甚至更多关于潜在碰撞的警报。追踪轨道上物体的过程，称为太空态势感知，涉及追踪可能的“交汇”，即两个实体之间的近距离接近。

例如，今年发生的一起事件中，一颗NASA的气象卫星与一枚废旧俄罗斯火箭险些相撞，相距不到20米，据LeoLabs称。但太空态势感知所能预测的风险可能远低于实际风险。大多数情况下，只有大于网球大小的物体才能被追踪。其余物体太小，无法反射光线，或者位于轨道的遥远区域，难以直接观测。

太空交通软件公司COMSPOC Corp.的特殊项目总监鲍勃·霍尔（Bob Hall）说：“即使使用当今最好的传感器，也有可靠‘看到’或追踪的限制，较小的太空碎片往往无法追踪。”

但小物体仍可能构成重大威胁。在轨道上，物体以极快的速度旋转，即使是一小块油漆也能撞穿金属，据NASA称。这意味着留在太空中的任何一块垃圾都令人深感担忧——并可能酿成灾难。

挑战者号航天飞机的窗户坑是 1983 年 STS-7 任务期间发生的油漆碎片撞击轨道碎片造成的。

轨道越高，风险越大

太空碰撞连锁反应究竟会如何发展尚不清楚。地球轨道的不同区域有着不同程度的拥堵和风险。低地球轨道（延伸至地球表面上方约2000公里）是最拥挤的区域。

这一区域有两座载人空间站，还有大规模的卫星星座，这些卫星提供互联网（如SpaceX的近7000颗星链卫星网络）、监测天气、观察农作物生产或分析气候。如果低地球轨道发生一连串爆炸，可能会威胁宇航员的生命、停止火箭发射，并导致那里的所有卫星技术被摧毁。

这种情况下的好消息（如果有的话）是：灾难性的状况可能不会持续数代。印第安纳州普渡大学航空航天学副教授卡罗琳·弗吕说：“低地球轨道仍有大气残余，所以我们有一种自然的清理机制”。

弗吕表示，在距离地球约500公里的轨道上，轨道上的物体将在大约25年内自然落回地球或在大气层中解体，这表明这一距离的碎片场不太可能在未来数代威胁到进入太空。

可视化描绘了直径大于10 厘米的绕地球运行的物体。

但在更高的轨道上，情况迅速发生变化。在距离地球近800公里的轨道上，碎片至少需要一个世纪才能自然脱离太空。在距离地球超过1000公里的轨道上，这个过程需要数千年。这对地球同步轨道（距离地球表面约35786公里的区域）来说是个坏消息，那里有价值数亿美元的通信卫星，为地球大片区域提供电视和其他服务。

亚利桑那大学研究员雷迪表示：“这种（类似凯斯勒综合征的事件）最有可能发生的最危险的地方是地球同步轨道，因为我们没有办法快速清理它。”

连锁碰撞可能如何发展

2013年的电影《地心引力》将凯斯勒综合征的概念搬上了大银幕：一枚俄罗斯导弹击中了一颗废旧卫星，引发了一连串碰撞，产生了一片垃圾云，摧毁了其他卫星和航天器。

但专家表示，虽然《地心引力》中的剧情在一个半小时内展开，但现实生活中的凯斯勒综合征可能需要数年甚至数十年才会发生。而且自十多年前该片上映以来，轨道上的拥堵迅速增加：当时美国军方正在追踪约2.3万个物体，而今天正在追踪4.7万个物体。

欧洲航天局和航空航天技术公司高性能空间结构系统公司开发了一款原型拖帆，并于2022 年12月成功部署。它可以帮助加快退役小型卫星的脱轨速度。

尽管人们正在努力计算连锁效应可能在哪里、何时以及如何开始，但这是一项不可能完成的任务，普渡大学的弗吕说。弗吕说：“只要我们预测未来，就必须做出假设，每个模型都是错误的，但有些是有用的。”

模型之所以不准确，是因为即使专家也没有轨道上物体位置的精确图像。直径小于约10厘米的物体基本上是不可见的。而且，太空天气可以改变轨道轨迹——因此很难准确预测碎片的运行方式和位置，科罗拉多大学太空天气技术、研究和教育中心主任托马斯·伯格博士说。伯格12月11日在华盛顿特区举行的美国地球物理联合会年会上就此话题发表了演讲。

太空垃圾碎片的大小和形状也是个谜。因此，要模拟单一的凯斯勒综合征效应，分析人员必须猜测卫星会如何解体、每一块碎片的样子、它会飞向哪里以及接下来可能会撞击哪个物体。

凯斯勒综合征已经开始了吗？

鉴于“凯斯勒综合征”不是一个瞬间发生的事件，科学家们正在争论这一现象是否已经启动。凯斯勒的思想实验要求研究人员考虑，即使所有火箭发射都停止，太空中的碰撞是否仍会增加轨道上的物体数量。而这一点尚不清楚是否已经达到。

就本文采访的研究人员而言，他们对于表明凯斯勒综合征已经开始的事件是否已经发生存在不同看法。但弗吕表示，这就是为什么她不再认为凯斯勒综合征是一个有用的术语。

弗吕表示，他认为，不同实体意见不一致，这让公众感到困惑。这个概念本身并不像他们想象的那么清晰明了。但专家们似乎都同意，轨道上的状况是有问题的。没有人认为灾难肯定可以避免。更可能的情况是，轨道上的垃圾将继续增多。

弗吕说：“我很悲观……我们认为我们不会及时采取行动，避免在这个过程中造成经济损失。”

密歇根大学气候与太空科学和工程教授尼尔顿·雷诺表示，他天性乐观。但地球轨道上的状况让他想起了地球上正在发生的生态危机。

他说：“我喜欢的关于太空垃圾的类比是海洋中的塑料。我们曾经认为海洋是无限的，我们向里面扔垃圾和塑料，现在我们意识到——不，那些是有限的资源。如果我们不小心，我们正在造成巨大的破坏。”

预防凯斯勒综合征

在谈论防止地球轨道上碎片增殖的问题时，有两个主要的考虑因素。

一是清理技术：各公司和政府计划正在寻求开发将碎片拖离轨道的方法，例如欧洲航天局和技术公司高性能太空结构系统（HPS GmbH）开发的阻力增强离轨子系统（ADEO）。据欧洲航天局称，2022年12月，该机构成功从ION卫星上展开了原型制动帆。

欧洲航天局的一份新闻稿称，这种帆技术“通过增加大气表面阻力效应，提供了一种被动离轨方法”，旨在使报废卫星更快下降并在地球大气层中无残留地烧毁。

然而，伦诺指出，这些方法尚处于试验阶段，且成本极高。而且目前还不清楚谁愿意为此买单。第二个考虑因素是监管。多年来，空间政策专家一直在努力推动采用新的国际准则或国家法律，以防止空间公司或不良行为者采取不负责任的行为。

目前已有一些相关工作在进行中。9月，联合国通过了《未来公约》。这份由会员国通过的文件表达了各国“通过和平利用外层空间委员会讨论建立关于空间交通、空间碎片和空间资源的新框架”的意向。该表述显得较为模糊，且空间政策专家指出，联合国没有强制执行手段。

伦诺表示，或许更实际的做法是，由各个国家为太空利益相关方制定法律。他认为，美国应该在这个过程中发挥领导作用。亚利桑那大学的雷迪对此表示赞同。他说：“我认为最大的问题是缺乏监管。我认为股票杠杆举例，由业界提出一些规范和准则将大有裨益。”

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