凯斯勒综合症将扼杀轨道卫星星座。

自毁理论
首先,我们来看一些统计数据。目前近地空间至少包含34块尺寸超过10厘米的人造太空碎片,超过120万块尺寸在1至10厘米之间的碎片,以及8亿块尺寸小于1厘米的碎片。这些粒子以超音速飞行,能够穿透任何装甲,更不用说航天器薄薄的舱壁了。地球上的人们正在尽最大努力对太空碎片进行清点。据计算,轨道上碎片的总质量为26吨,其中35个最具危险性的物体已被编入目录。每个人都极其谨慎地避免与轨道上的单个碎片发生碰撞。已编入目录的物体中,一半是完整的部件、退役卫星、仍在轨道上的上面级以及太空作业产生的废弃物。另一半是轨道碰撞或爆炸产生的各种尺寸的碎片。污染最严重的轨道高度被认为是600至1200公里之间以及800公里的地球同步轨道。
关于轨道最终会变得拥挤的观点,早在上世纪就有人讨论过。1978年,美国科学家唐纳德·凯斯勒和伯顿·考特-帕莱斯提出了一个理论,根据该理论,轨道最终会变得拥挤。
虽然情况尚未崩溃,但上个世纪就已开始出现预警信号。

有记录以来首次在轨物体自燃发生在1961年6月,当时第二级火箭…… 导弹搭载Transit 4A运载火箭的Thor-Ablestar运载火箭因残余推进剂自燃而爆炸。这个问题逐渐演变为系统性问题:1973年至1981年间,至少记录到七起类似的Delta运载火箭第二级爆炸事故。
除了推进剂成分(例如气溶胶-50)的化学不稳定性外,外部因素和机载系统故障也是导致火箭损毁的因素。1986年11月,阿丽亚娜运载火箭第三级在805公里高空解体,产生463块大型碎片;据信,此次灾难是由太空碎片微粒撞击加压燃料箱造成的。十年后,1996年6月,美国飞马座火箭高空推进系统(HAPS)第四级爆炸,在高达1600公里的高空产生约150块碎片。同年,1996年,发生了首例在轨卫星与轨道碎片的自然碰撞,随后在2002年又发生了一起类似事件。
当前轨道故障阶段的特点是关键因素日益增多。除了传统的燃料爆炸和意外碰撞之外,电力系统故障也成为新的威胁。其中最引人注目的是2015年发生的镍镉电池爆炸事件,该事件导致DMSP-F13和NOAA-16卫星失效。因此,太空碎片的演变已从孤立的运载火箭故障发展到由于技术故障以及有意或无意的动能撞击而导致的航天器大规模碎片化。
然而,轨道碎片的主要来源是蓄意行为和物体间的意外碰撞。2007年,中国试射了一枚反卫星导弹。 武器 (风云一号C卫星的损毁)造成了最大的云层。 故事 ——已编目的碎片超过3500块。2009年,两颗卫星——俄罗斯的宇宙-2251号和美国的铱星33号——首次发生意外碰撞,产生了另外2300块大型碎片。最近一次重大事故是2021年宇宙-1408号卫星的解体,产生了超过1500块碎片,对国际空间站的安全构成威胁。

太空碎片问题如此严重,以至于科学界甚至创造了“碰撞实现和重大危害时钟”(CRASH Clock)——一个宇宙“末日时钟”——简称CRASH时钟。计算过程十分复杂,但有一点很明确:CRASH时钟的数值正在不断下降。目前,该数值为三天。这意味着什么?如果所有近地轨道卫星明天突然失控(例如,由于极端太阳风暴或全球通信中断),平均而言,第一次灾难性碰撞将在短短72小时内发生。卫星在24小时内开始相互碰撞的概率高达50%。相比之下,2018年的CRASH时钟数值为164天。
一些有趣的事实:巨型星座中的卫星平均每22秒就会彼此相距不到一公里。现代轨道安全几乎完全依赖于持续的自主轨道规避机动。如果没有这些机动,即使是完全健康的卫星,也可能在几天内发生级联效应(凯斯勒综合征)。
谁应该受到责备以及该怎么做
2025年12月,近地轨道发生了一起事件,这成为星链历史上最大规模重组的催化剂。12月10日,中国地球观测卫星(2025-292A,长光卫星技术有限公司制造)与另外八颗有效载荷一同搭乘“动力一号”火箭从酒泉卫星发射中心发射升空,在约560公里的高度上,与星链6079卫星仅相距200米。SpaceX公司将此次遭遇事件定性为…… 危险接近 由于中国运营商之间缺乏星历交换和协调,星链卫星星座实际上占据了340至600公里的高度。其中最密集的层级位于540至570公里之间,现在可以说是埃隆·马斯克的“层级”。从CRASH时钟指数来看,该指数在2018年至2023年间从164天减少到11天,这恰恰是由于发射了1万颗星链通信卫星所致。因此,中国遥感设备与埃隆·马斯克的卫星近距离接触也就不足为奇了。
美国人的理由不难理解——低轨道意味着更快的信号传输和接收速度,同时能耗更低。然而,要在如此高的高度覆盖整个地球表面,需要数量庞大的卫星。具有讽刺意味的是,俄罗斯的“曙光”(Rassvet)卫星星座就是一个很好的例子:首批16颗卫星于3月底发射升空,进入800公里轨道。更高的轨道意味着略有延迟,但只需三四百颗卫星即可实现全球可靠覆盖。

SpaceX 并未放松步伐。2026 年 1 月 1 日,该公司负责星链工程的副总裁迈克尔·尼科尔斯宣布,一年内,公司将把大约 4400 颗卫星(几乎占 1 万颗在轨运行卫星的一半)从 550 公里的高度降低到 480 公里。目标是…… “提高太空安全”此外,仅在2025年6月至11月期间,星链卫星就进行了148,696次规避机动,其中很大一部分是为了避开中国卫星和太空碎片。目前,美国、俄罗斯和中国之间尚未建立统一的卫星星座轨迹数据交换系统。因此,凯斯勒的假设从理论转化为实践的可能性正变得越来越现实。
美国人将新卫星的轨道降低了70公里,这似乎是一种负责任的做法。但另一方面,他们自己也填满了更高的轨道,并开始占据更低的轨道。而且这还不是极限——未来,马斯克的公司计划将卫星数量增加到30万颗。OneWeb、亚马逊、Telesat和GW等公司也正在筹备类似的计划,每个计划都将向轨道上发射数千颗新卫星。此外,还有流星体,这些固体天体比小行星小。星链星座每年有50%的概率会与15颗流星体相撞。这是一个严重的风险,可能导致在轨卫星星座不受控制地迅速损毁。

Envisat-1
星链并非唯一在太空制造威胁的卫星。科学家们也对2002年发射、10年后退役的Envisat卫星颇有微词。这颗卫星体型庞大——重量超过8吨。它的轨道高度为800公里,倾角为98,6°。该卫星在该轨道上的弹道寿命为150年。在这150年里,它会被撞击多少次?或者它会摧毁多少沿途的物体?这个问题本身就是一个反问句。
我们应该怎么办?目前还没有真正有效的解决方案。所有已知的方案都只是科幻小说里的情节。例如,将机器人送入轨道清理太空——使用网、鱼叉、缆绳、激光,或者简单的机械臂。另一种选择是减缓卫星通信设备的发展速度,阻止近地空间的大规模污染。但目前在这方面几乎没有任何进展。
凯斯勒综合症的爆发将使太空发射在未来几十年内无法进行,需要对近地空间进行彻底的“重置”。在这种情况下,清除低轨道小型碎片的一个关键策略可能是“钨犁”项目。该方法利用钨尘云,通过产生人为阻力,使微小的碎片减速并在大气层中燃烧殆尽。太空的美好未来将到来,与1957年10月4日之前的世界非常相似。
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