最后更新：2025年8月18日

太空碎片：现代卫星的噩梦

空间碎片的起源与性质

太空碎片源于失效卫星、废弃火箭级、轨道碰撞或爆炸产生的碎片。目前有超过36,000个直径大于10厘米的物体被持续追踪。这些碎片的相对速度可达\(v \approx 7.8 \, km/s\)，使其在撞击时具有巨大的动能。

来源：NASA轨道碎片计划，ESA空间碎片办公室。

凯斯勒综合征是一种灾难性情景，由美国天体物理学家唐纳德·J·凯斯勒（1940-）于1978年提出。它描述了太空中一种多米诺骨牌效应：当轨道碎片密度达到极高时，物体间的碰撞会产生更多碎片，从而引发不可控的连锁反应。从长远来看，某些轨道可能在数十年内无法使用，威胁到GPS导航、电信通信和地球观测。

空间碎片的后果
后果	受影响区域	具体例子	潜在影响
与活跃卫星碰撞的风险	电信与导航	国际空间站必须定期改变轨道。	失去GPS、互联网和电话服务
太空任务成本增加	航天工业	需要加强屏蔽和规避机动	发射成本增加及延误
对宇航员安全的风险	载人飞行	能够穿透居住舱的微型碎片	低轨道（LEO）中的致命危险
阻断某些轨道	地球观测	凯斯勒综合征使低地球轨道无法使用	失去对战略轨道的访问权数十年
空间环境污染	太空可持续性	碎片指数级累积 > 36,000 个追踪对象	太空活动未来面临的威胁
对后代卫星的威胁	部署星座	星链和一网必须规划定期机动。	空间交通管理复杂性增加
不受控再入地球的风险	地面安全	长征火箭碎片坠落在非洲（2020-2022年）	物质损害或人员伤亡
科学颠覆	天文学与天空观测	明亮卫星干扰LSST观测（薇拉·鲁宾天文台）	天文巡天质量的下降
地缘政治风险	国际安全	反卫星试验产生数千块碎片	太空大国之间紧张局势加剧

为防止近地空间成为垃圾场，各航天机构和公司正在研究多种解决方案。主要分为两大方向：避免新增碎片与清理现有碎片。

减缓措施：为避免产生更多碎片，当卫星结束任务时，应将其从轨道移除而非遗弃。国际准则建议在25年内使其脱离轨道，像流星一样燃烧殆尽。
清理：为回收现有碎片，相关项目正在测试能够捕捉碎片并使其脱离轨道的网、鱼叉或机械臂。2018年，欧洲的"清除碎片"（RemoveDEBRIS）任务证明了这一可行性。
使用地面激光：其思路是从地面发射激光，对太空碎片施加微小的推力，足以改变其轨道并使其更快坠落。
电推进与阻力帆：部分卫星可搭载大型帆板以增大空气阻力，从而在寿命末期加速坠落。
国际协调：没有任何一个国家能够独自应对这一问题。因此，联合国及多个国际组织正试图推行共同规则，以让所有太空活动参与者承担责任。

轨道环境的未来直接取决于今天在碎片管理方面做出的选择。专家们设想了三种主要情景：

乐观情景：严格执行国际规则（25年内离轨、级间钝化、加强发射协调）。在此情况下，碎片密度可稳定在可控水平，使近地空间得以可持续利用。
趋势情景：当前发射速率和碎片产生速率持续，仅采取部分缓解措施。碎片数量将缓慢但持续增加，使某些轨道变得日益危险且开发成本高昂。
悲观情景：意外或蓄意事件（碰撞、反卫星试验）频发，引发凯斯勒综合征。连锁碰撞可能导致近地轨道（LEO）在数十年内基本无法使用，对电信、导航和科学研究产生重大影响。

这些情景表明，不作为将极大增加局势失控升级的风险。反之，迅速且富有雄心的国际合作能够维护太空作为可供后代共享的公共资源。