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兩個廣為人知的衛星墜落事件相隔一個月發生,讓我感到疑惑:這是新常態嗎?畢竟,軌道上有很多太空垃圾,它們不可能永遠待在那裡。而且,美國宇航局以及許多其他航天機構現在要求衛星在壽命結束後儘快墜回地球,以限制軌道碰撞的可能性。那麼,我們多久會聽到關於衛星墜落的訊息——並擔心它們可能會殺死我們的極其渺茫的機率?致電美國宇航局的頂級軌道碎片科學家澄清了這個問題,並讓我確信我們現在並沒有目睹碎片風暴的前沿。
但首先簡要回顧一下。九月份,美國宇航局已報廢的高層大氣研究衛星(UARS)呼嘯著重返地球大氣層。UARS 在不受控制的情況下返回地球,這意味著美國宇航局和美國軍方只能猜測碎片可能落在哪裡。根據航天器的構造,美國宇航局估計,總重半噸的 26 塊碎片將在重返大氣層時倖存下來,擊中地球上某人的機率為 1/3200。最終,UARS 為世界做了一件好事,一頭扎進了偏遠的南太平洋,遠離了危險區域。
僅僅一個月後,德國 ROSAT 航天器也緊隨其後,墜回地球,落在了孟加拉灣上空。ROSAT 比 UARS 小,但有一些更堅固的元件;因此,德國航空航天中心表示,最多 30 塊衛星碎片,總質量為 1.7 噸,可能會落回地球。這次碎片擊中某人的估計機率略高,為 1/2000。再次,墜落被證明是無害的;沒有 ROSAT 碎片被回收。
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事實證明,UARS 和 ROSAT 的重返大氣層時間如此接近純屬巧合。但兩者都不是特別罕見的事件。碎片,無論是報廢的航天器、火箭殘骸還是其他任務副產品,都在不斷地從太空墜落——我們只是通常不會注意到它們、談論它們,或者製作關於它們的可怕的電視新聞片段。美國宇航局約翰遜航天中心(位於休斯頓)的軌道碎片首席科學家尼古拉斯·約翰遜說:“重返大氣層是非常非常例行的。”
圍繞 UARS 和 ROSAT 的情況只是比通常墜落地面的碎片更引人關注。UARS 衛星墜落如此引人注目的部分原因是,這顆公共汽車大小的航天器相對較大,而且在美國宇航局 UARS 即將最終墜落時,他們舉行了新聞釋出會。“UARS 是 30 多年來美國宇航局最大的不受控制地重返大氣層的衛星,”約翰遜說。“所以對我們來說,這是一件值得注意的事件。” 而 ROSAT 相對較高的碎片風險是這顆衛星的關注點,儘管它尺寸普通。
人類已經經歷了數十年的航天器和軌道碎片墜落地球——包括比 UARS 或 ROSAT 更大的碎片——而沒有發生重大事故,這要歸功於大多數碎片都很小,而且地球的大部分是海洋或人口稀少的陸地。約翰遜指出,現在的火箭發射率低於冷戰高峰時期。“我認為我們需要正確看待事物,”他說。“UARS 比正常情況略大,但國際社會大約每年都會有一顆質量與之相當的衛星墜落。” 質量與 ROSAT 相當的物體回來的頻率更高。來自各種廢棄火箭的大塊碎片也經常從軌道上墜落並落在地球上,包括來自 GPS 衛星發射的德爾塔 2 號火箭的許多碎片。一塊軌道碎片幾乎每天都會重返大氣層。
約翰遜和他的同事保留了一份所有在軌美國宇航局物體的清單,包括對重返大氣層物體何時會火熱墜入大氣層的估計。“在相當長一段時間內,我們沒有任何大型物體墜落,”約翰遜說。“我們最大的物體是明年的阿特拉斯半人馬座上級火箭。” 該火箭級重約 2.2 噸,與 ROSAT 大致相同。同樣在 2012 年,我們將見證探險者 8 號衛星在太空執行 50 多年後引人注目但可能平靜的返回。美國宇航局於 1960 年發射了這顆 40 公斤的探測器,以研究電離層,即地球高層大氣中帶電粒子的區域。
衛星和碎片重返大氣層不僅相當普遍,而且還受到積極促動。美國宇航局有一項成文規定,報廢的航天器必須在退役後 25 年內轉移到安全的“墓地”軌道或加速墜入大氣層。畢竟,航天器在軌道上停留的時間越長,就越有可能與其他物體相撞,從而產生大量危險碎片,進而可能導致進一步的碰撞。(2009 年就發生了這樣一起撞擊事件,當時一顆報廢的俄羅斯衛星與一顆完好無損的銥星通訊衛星相撞。)“我們確實用 UARS 上剩餘的所有推進劑降低了它的軌道,”約翰遜說,即使這顆衛星早於 25 年規定。
然而,如果可以避免的話,美國宇航局不太希望危險的碎片像雨點般落在地球上。因此,該航天機構在建造航天器時嘗試“為報廢而設計”。約翰遜說:“我們現在在早期設計階段所做的事情之一是檢視材料,並檢視生存能力的可能性。”“如果看起來其中一些東西會在重返大氣層中倖存下來,我們會去看看是否可以更換它們。” 美國宇航局在 UARS 部署後頒佈的指南,現在致力於防止像 UARS 那樣構成風險的失控重返大氣層。
對於非常大的航天器,例如哈勃太空望遠鏡或國際空間站,不受控制的重返大氣層是完全不可接受的,因此計劃是在它們壽命到期時使用推進器將這些航天器推入海洋——遠離有人居住的陸地。“我們一直考慮以受控方式將其帶回,”約翰遜在談到哈勃時說,哈勃的質量大約是 UARS 的兩倍。“我們在上面安裝了一個裝置,可以在以後安裝推進裝置。美國宇航局承諾在哈勃自然重返大氣層之前,在某個時候上去安裝一個推進系統。”
空間站也需要來自連線的飛行器的一些推力才能安全返回地球。“國際空間站可能會以一個整體的形式墜落到海洋上空,”約翰遜說。“可能需要不止一艘[飛行器],因為國際空間站太大了。我們有信心我們能做到——我們只是希望這不會在短期內發生。”