移走这50个物体，太空垃圾危险将减少一半

“2000年以前留下的东西仍是问题的主要部分，”论文第一作者达伦·麦克奈特在悉尼国际宇航大会上表示。“在50个高风险物体中，76%形成于上世纪，88%是火箭箭体。这一点值得注意，尤其是当前还有些令人不安的趋势。”

麦克奈特及其团队确定的50个物体，是近地轨道（LEO）中最可能通过与其他碎片碰撞产生更多太空垃圾的物体。这些物体以近每秒5英里的速度绕地球飞行，处于离地700至1000公里（435至621英里）的繁忙近地轨道区域。

即使是中等大小的物体在轨道速度下发生碰撞，也会产生无数碎片，可能引发一系列连锁碰撞，使近地轨道充满越来越多的太空垃圾，这种情景被称为“凯斯勒综合征”。

麦克奈特是轨道情报公司LeoLabs的高级技术研究员，他在论文发表前接受了Ars采访。论文中，分析师考虑了物体与其他太空交通的距离、高度和质量。高轨道的大型碎片长期风险更高，因为它们产生的碎片可能在轨道上留存数百年甚至更久。

俄罗斯和苏联在这50个物体中占34个，位居榜首，其次是中国（10个）、美国（3个）、欧洲（2个）和日本（1个）。俄罗斯的SL-16和SL-8火箭是“重犯”，共占据30个席位。前十名包括：

2004年发射的俄罗斯SL-16火箭、2002年发射的欧洲Envisat卫星、1996年发射的日本H-II火箭、2013年发射的中国长征二号丙火箭、1985年发射的苏联SL-8火箭、1988年发射的苏联SL-16火箭、1993年发射的俄罗斯“宇宙2237”卫星、1996年发射的俄罗斯“宇宙2334”卫星、1988年发射的苏联SL-16火箭、2019年发射的中国长征二号丁火箭。

这份周五发布的清单是对麦克奈特2020年论文的更新。今年的清单进一步分析了移除部分或全部高风险物体对碎片风险的整体影响。麦克奈特称，若执行任务回收全部50个物体，近地轨道的碎片生成潜力将降低50%；仅移除前十名，风险可降低30%。

令人不安的趋势

“坏消息是，自2024年1月1日以来，已有26个火箭箭体被遗弃在近地轨道，且将滞留超过25年，”麦克奈特告诉Ars。

25年的时间界限很重要，这是国际航天碎片协调委员会（由美、中、俄、欧、印、日等主要航天国家组成）颁布的指导原则。若太空垃圾处于足够低的轨道，空气阻力会使其在25年内坠入大气层。

美国和欧洲政府要求发射公司将废弃上级箭体置于能在25年内自然再入大气层的低轨道，或直接使其脱离轨道。例如，SpaceX的“猎鹰9号”火箭上级箭体通常会在无人海域上空再入大气层。该政策不适用于将卫星送入近地轨道以上高度的任务。

另一方面，中国经常将上级箭体遗弃在轨道上。在过去21个月新增的26个危险火箭箭体中，中国占21个，每个平均重超4吨（8800磅）。另有2个来自美国，1个来自俄罗斯，1个来自印度，1个来自伊朗。

随着中国加快部署“国网”和“千帆”两个巨型星座（均包含数千颗近地轨道通信卫星），这种趋势可能持续。这些星座的发射始于去年。“国网”和“千帆”卫星相对较小，或能规避太空碎片，但其具体能力未公开。

然而，用于发射这些星座的大多数火箭都将上级箭体留在了轨道上。麦克奈特表示，中国在发射“国网”和“千帆”卫星后遗弃的9个上级箭体将滞留轨道超25年，违反了国际准则。

完全部署这两个巨型星座需数百枚火箭。麦克奈特称，如此多的新太空碎片令人担忧。

“未来几年，如果他们继续这种趋势，在部署这些星座时，将留下远超100个违反25年规则的火箭箭体，”他说，“所以趋势不容乐观。”

任务结束时不使上级箭体脱离轨道存在技术和实际原因。一些老式中国火箭无法在太空重启发动机，部署有效载荷后便漂浮在轨。即使火箭配备可重启上级发动机，发射方也需预留足够燃料进行脱离轨道点火，这会占用有效载荷容量，导致可搭载卫星数量减少。

“我们知道中国有能力不遗留火箭箭体，”麦克奈特说。例如长征五号火箭曾三次发射“国网”卫星批次，其配备的“远征二号”上级箭体是高续航机动飞行器，任务结束后会自行脱离轨道。但其他类型火箭的发射情况则不同。

“其他火箭发射后总会留下箭体，”麦克奈特说，“所以他们有能力采取可持续做法，但总体上并未做到。”

麦克奈特称，2000年以来，中国在长寿命轨道上积累的废弃火箭质量超过世界其他国家总和。“但现在，随着这些星座的部署，过去两年这种积累实际上在加速。”

中国将“国网”和“千帆”星座列为优先项目。这些网络可能类似于SpaceX的“星链”宽带星座，但有证据显示“国网”项目尤其具有军事用途。

“他们急于快速推进，却增加了长期碰撞风险，”麦克奈特说。

中国国家航天局副局长 Bian Zhigang 周一在国际宇航大会上被问及中国对太空环境管理的承诺时，承认该领域存在“非常严峻的挑战”，“尤其是巨型星座方面”，但未提及火箭滞留轨道问题。

Bian表示中国“正在研究”轨道太空碎片清除技术。中国称有任务测试碎片减缓技术，该任务曾与多颗在轨航天器对接，但美国官员视其为军事威胁。太空碎片清理所需的交会对接、机械臂、在轨自动化等基础技术，也可用于捕获敌方卫星。

一线希望

麦克奈特及其来自美、英、意、日、俄的合著者进一步评估了移除部分高风险物体后太空碎片威胁的变化。结果显示前景可期。

“移除10个物体可降低30%风险，”麦克奈特说，“这是可衡量的变化，也是过去为主动碎片清除辩护时所缺乏的。”

主动碎片清除虽技术可行（多项任务已证明），但存在资金问题：太空碎片清理服务是否有可行市场？欧洲航天局和日本宇宙航空研究开发机构对碎片清除项目投入较低。日本公司Astroscale去年完成了一项演示任务，为未来对接废弃日本火箭并引导其再入大气层奠定了基础。

Astroscale成立于2013年，初衷是清除近地轨道太空垃圾。由于该类任务市场有限，公司已转向卫星维护和燃料补给技术。

“通过移除10或20个物体，我们能显著降低碎片生成潜力和凯斯勒综合征发生风险，”麦克奈特说，“坏消息是过去两年我们刚新增了26个物体。”

本文最初发表于Ars Technica。