如果你在2031年某個合適的時間，恰好在地球上離陸地最遠的太平洋尼莫點附近閒逛，你將會看到一場精彩的表演，而海洋將迎來一位新的永久居民：國際空間站（ISS）。屆時，空間站的壽命將正式結束，它將尖叫著穿過大氣層，猛烈撞擊太平洋，永遠不再接待宇航員或進行微重力實驗，也不再發生與任務控制中心的緊張關係。
SpaceX建造的一艘特殊飛行器將協助這次撞擊，它將推動國際空間站向海洋方向墜落，目的是確保其碎片在墜落過程中不會擊中任何人或物。
當一顆衛星進行單程穿越大氣層的旅程時，這個過程被稱為脫軌。這個旅程可以是故意的和受控的——就像國際空間站那樣。它也可以是被動的，即允許航天器自行下降和燃燒。後一種選擇是小型新衛星和已報廢且不受任何人控制的舊衛星的常態；有時，後者足夠大，以至於部分部件能在再入大氣層後倖存下來。
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在未來幾年，計劃發射的衛星數量——這些衛星之後都必須脫軌——預計將急劇增加。確保它們的壽命安全結束——最大限度地減少對人、財產、飛機和大氣層本身的風險——並非易事，科學家、工程師和監管機構正在努力解決其中的細節問題。
最大的危險來自可能無法在再入大氣層時完全解體的大型航天器，無論是新的還是舊的。“我們很多人一直在呼籲結束大型衛星不受控制的再入大氣層，”天體物理學家喬納森·麥克道爾說，他是哈佛-史密森天體物理中心的研究員，也是追蹤太空發射的通訊《喬納森太空報告》的釋出者。“這簡直是不可接受的。”
空間站的脫軌是可預見的未來將發生的最複雜的太空撤離行動，因為國際空間站是曾經進入太空的最大的*人造*結構。
由於其體積龐大，空間站不會像一些較小的衛星那樣在大氣層中完全燃燒殆盡，而是會將微波爐大小到汽車大小的碎片散落在其墜落的地球區域。
為了確保碎片散落在空曠的太平洋上，而不是例如紐約市，美國國家航空航天局（NASA）必須將其推向那裡。為此，該機構聘請了SpaceX，後者將建造特殊版本的龍飛船，這種飛船是將貨物和人員往返空間站的太空艙。
這艘被稱為美國脫軌飛行器（USDV）的龍飛船將比其運送表親更強大：它將擁有46個推進器，而不是僅僅16個，並且它將擁有更大的艙體來容納所有這些發動機，六倍於正常推進劑和動力系統，提供四倍於通常的動力。一旦SpaceX完成建造這艘類固醇龍飛船，它將把這艘價值15億美元的航天器移交給NASA，後者將擁有並運營它。
在行動開始時，USDV將在最後一批宇航員仍在空間站時與其對接，以便他們可以驗證其工作狀態。之後，NASA將讓空間站的軌道自然衰減，當空間站比現在下降70公里時，宇航員將離開。航天器將作為一艘幽靈船，繼續下沉六個月，自然下降到地球上方220公里。當國際空間站在其軌道上的正確位置時，大約二十幾個特殊龍飛船的推進器將同時點火，將其猛烈地推向尼莫點。
麥克道爾說，這種猛烈的推動聽起來很簡單，但事實並非如此。隨著空間站深入大氣層，空氣變得越來越稠密。“風力太大了，”他說，“這將使空間站難以保持方向。”如果火箭科學家沒有讓空間站指向正確的方向，他們就無法有效地使用推進器來控制其運動。“因此，你必須在足夠高的高度進行最後的發動機燃燒，以便你仍然可以控制它，”麥克道爾說。
而且你必須將其速度提高得足夠高和足夠快，以至於它實際上會脫軌並在正確的位置墜落。在第一次嘗試中實現這種衝擊力至關重要——這很可能是USDV將擁有比其必要數量更多的發動機的原因。（SpaceX未回覆置評請求。）
空間站將是迄今為止從軌道返回的最引人注目的物體。但這遠不是唯一需要降落的東西。“你不想把死物留在軌道上，尤其是近地軌道，因為那裡非常擁擠，”麥克道爾說。此外，如果任其自行墜落，大型死亡物體最終將不受控制地再入大氣層，這支援了計劃脫軌的觀點。美國聯邦通訊委員會最近將低軌道衛星停止工作到脫軌之間允許的時間間隔從25年縮短到5年，以便太空交通不會變得無法管理。但美國不是唯一一個在太空中擁有物品的國家，唯一存在的國際框架是機構間空間碎片協調委員會的不可執行指南，該指南堅持25年的時間表。“確保我們保持太空資源可供後代使用非常重要，”Astroscale US的執行副總裁克萊爾·馬丁說，這是一家太空可持續發展公司，致力於管理近地軌道擁堵的技術。
隨著美國新的時間表要求，以及如此多的衛星計劃作為SpaceX的星鏈等星座的一部分進入太空，返回地球的物質數量將急劇增加。較大衛星（如國際空間站）的下降必須受到控制，因為它們的部分部件將在旅程中倖存下來。但是，多大才算大呢？“我認為如果它在半噸以下，你可能不需要擔心，”麥克道爾說。“如果超過幾噸，你就應該擔心。而在中間，這有點取決於情況。”
正確脫軌的風險很高，因為沒有人希望軌道擁擠，或者相反，被太空碎片擊中——這種情況可能會發生，並且除非人類解決他們的脫軌問題，否則未來只會從統計學上變得更有可能。例如，來自龍飛船的艙體部分部件在2024年倖存下來，再入大氣層後擊中了北卡羅來納州和加拿大的地點。從透過大氣層處理掉的一組國際空間站電池中倖存下來了兩磅重的碎片，這些碎片隨後撞穿了佛羅里達州一棟房屋的屋頂。
國際空間安全基金會主席兼南加州大學宇航實踐兼職教授邁克爾·凱齊裡安指出了有關不受控制地墜落穿過大氣層的衛星的資料。“通常，大約30%的質量會倖存下來，”他說。諸如推進器、壓力容器、電池和反作用輪等較大的元件未能完全燒燬。
如果衛星運營商想確保這些質量不會落到任何人或物上，他們必須主動控制航天器的再入大氣層。這可能涉及將衛星連線到像USDV這樣強大的推進器組；較小但類似的系統可以處理中等大小的航天器。衛星還可以使用自己的推進劑和推進器以計劃的方式完成其壽命，或使用專門用於壽命終止操作的特殊發動機，例如太空運輸公司D-Orbit製造並在發射前安裝的發動機。空客等公司已經致力於研發網和魚叉，可以纏繞或刺穿太空中的物體，並將它們帶回大氣層。
至少大部分會燃燒殆盡的較小衛星也可以在及時但被動地降落方面獲得一些幫助。一些公司一直在研究繫繩，基本上是長金屬條，會在衛星後面飛行，並將它們的動能轉化為電能，從而減緩衛星速度並使其向下墜落。還有阻力傘，一種有點像扁平降落傘的薄材料，附著在衛星上，以產生更大的大氣粒子阻力並將衛星拖下來。
在Astroscale，馬丁和她的同事們進行了一項名為ELSA-d的演示任務。對於這項任務，他們在客戶的衛星上安裝了一個對接板，並使用他們的ELSA-d飛行器以磁力捕獲該衛星，然後將其釋放。後續的ELSA-M任務將使用類似的技術來對接、釋放和脫軌來自網際網路服務公司Eutelsat OneWeb的實際航天器。“我們必須對我們在軌道上所做的事情負責，其中一部分是利用它來發揮其優勢，然後在之後負責任地對待它並處理掉[我們的]東西，”馬丁在談到衛星運營商時說。“將其移開。”
處理衛星涉及艱難的選擇。對於所有在沒有良好降落計劃的情況下進入軌道的舊航天器來說，現在制定一個良好的計劃來讓它們降落是不可行的。
凱齊裡安擔心來自新舊衛星的墜落太空碎片的未來——包括衛星留下的碎片可能不會對地面上的任何東西造成致命傷害，但可能會對飛機造成災難性影響。
凱齊裡安已經考慮了這個問題與哥倫比亞號太空梭災難的關係，當時至少有九架飛機飛過事故中產生的碎片尾跡。
這些險情導致NASA改變了太空梭著陸程式，以更好地考慮事故期間的地面風險，並改善NASA和美國聯邦航空管理局之間的合作，以預測和應對潛在的碎片。
凱齊裡安認為，還需要進行更多更改。目前，水手和飛行員分別從海岸警衛隊和美國聯邦航空管理局收到有關受控脫軌的通知。“在星期五下午2點到3點之間，不要將你的船隻或飛機放在該區域，因為存在太空碎片墜落的風險，”麥克道爾總結了這些通知，這些通知對於飛機來說被稱為NOTAM（飛行員通知），對於船舶來說被稱為LNM（當地航行通告）。
但並非所有太空碎片事件都可能導致此類警告。儘管任何一塊太空碎片擊中任何一架飛機的機率都很小，但你傳送到地球的物體越多，你的空中交通越多，機率就越高——而且你越有可能發生一種黑天鵝事件，其中一塊衛星電池擊落了一架載有人員的飛機。
根據凱齊裡安的說法，官員們需要在這些機率隨著發射越來越多的衛星而上升太多之前，提前解決這個問題。“你需要更擅長預測不受控制的再入大氣層，”他說。“你必須非常清楚碎片將墜落穿過空域的位置。然後你需要一種方法來及時通知飛機的機長避開航線。”這些通知更像是天空中的Waze，而不是NOTAM。凱齊裡安希望將政府對太空碎片的嚴格跟蹤擴充套件到大氣層，並將該資訊傳遞給空中導航系統，從而實現“與再入碎片的狹窄足跡相對應的空域動態關閉”，從而使飛機能夠有效地重新規劃航線。
即使解決了碎片影響飛行和撞穿房屋的問題，麥克道爾說，衛星成分熔化和汽化仍然會造成脫軌問題。“你正在改變高層大氣層的化學成分，以及在高層大氣層中產生本身具有化學效應的衝擊波，”他說。
專家們開始擔心這種影響實際上可能很大，並且會越來越大。在稀薄空氣的樣本中，“那裡存在所有這些金屬垃圾，這些垃圾以前不存在，看起來像是來自汽化的航天器，”麥克道爾說。他目前正在撰寫一篇論文，估計有多少外來物質殘留在大氣層中。“我們只是還不知道這些影響是什麼，”他說。“但這並不意味著你可以說，‘哦，好吧，不用擔心，’對吧？”
事實證明，脫軌大多令人擔憂。確定如何科學和技術地緩解這些擔憂，將是確保太空和地球保持安全的關鍵。“我們需要現在就開始解決這個問題。我們不能等待並希望它會消失，”馬丁說。“它不會的。”