頭頂上的威脅，太空垃圾碎片對人造衛星究竟有什麼影響

過去幾年來，空間碎片問題日益嚴重，被在軌空間垃圾的微小碎片損壞或摧毀的衛星數量也越來越多，已經形成了一種解決辦法。雖然將最多衛星送入軌道的國家之間從未進行過全面合作，但分享有關空間碎片的一些數據的意願越來越強烈。

在軌衛星的數量越來越多，其中大多數是商業衛星，而不是軍用衛星。軍用衛星力求隱蔽自己的位置，並經常為此四處移動，而數量更多的商業通信、科學和觀測衛星則不然。更多的空間碎片雲已經成為一個越來越大的威脅，特別是對不能移動的衛星。解決方案是開發更好的分析和圖形工具，使商業衛星運營商能夠預測越來越多的碎片群在哪裡，以及這些數據如何隨時間變化。大多數碎片都在LEO（低地軌道），那些微小的物體會定期落入大氣層並汽化。所以，空間碎片圖是一個正在進行中的工作。

十年前，商業衛星運營商成立了空間數據協會，並建立了空間數據中心，收集了所有關於空間碎片的非機密數據。使用更強大的計算機、分析軟體和圖形顯示系統組織，如ComSpOC或ExoAnalytic分析並將所有這些數據作為實時服務提供給商業客戶，還可以預測未來幾年的情況。這使得商業衛星運營商能夠在碎片群似乎正在碰撞過程中時，將昂貴的衛星移開。未來的碎片群活動對於規劃在哪裡放置新的衛星，特別是包含數千顆小型衛星的新網絡非常有用。

雖然碎片是一種危險，但應該把它放在一個正確的位置。軌道空間其實相當大。每一個軌道空間的 &34;都超過6億平方公裡。一層就是你想讓它在軌道之間的任何地方（比如一公裡）。即使在低軌道（500-2000公裡），你也有1500個這樣的層。低於500公裡的軌道會迅速將碎片拖回大氣層。雖然這相當於20億平方公裡的軌道空間，可以容納50萬塊危險的碎片，但大多數衛星只佔據這些軌道的一小部分，大部分碎片集中在少數碎片群中，這些碎片群的軌道相對來說比較固定。一句話，目前任何活體衛星被碎片擊中的機率很低，但隨著更多碎片的積累，被擊中的機率會增加。這已經到了衛星運營商採取預防措施的地步，比如給衛星配備移動能力（直到燃料耗盡），並花錢請人不斷監測碎片碰撞情況。對於一顆耗資數億美元建造並送入軌道的衛星來說，這被認為是一種謹慎的操作方式。

尋找、跟蹤和報告軌道碎片以及衛星的需求越來越大，這種需求已經持續了幾十年，實際上得到了很多國際合作，儘管人們一直認為主要的衛星生產國（美國、中國和俄羅斯）並沒有透露他們所知道的所有情況。人們越來越需要維護和公開儘可能完整的碎片資料庫。

到2020年，美國空軍成功完成了新的、解析度更高的太空圍欄監視系統雷達的測試。新雷達位於夏威夷西南3900公裡處的馬紹爾群島誇賈林環礁。固態S波段相控陣雷達於2015年開始建造，它能夠探測和跟蹤小到10釐米（4英寸）長的物體。老式的（20世紀60年代）太空監視系統雷達只能探測到至少75釐米（30英寸）長的物體。因此，可以跟蹤的軌道物體/碎片數量從23000個增加到20多萬個。

這些空間碎片是高速移動的，這意味著小到1釐米（0.4英寸）的物體可以損壞衛星，而更大的東西（至少10釐米）可以摧毀衛星並嚴重損壞ISS（國際空間站）。20世紀60年代時代的太空監視系統由3個雷達（在德克薩斯州、阿拉巴馬州和亞利桑那州）和6個接收站組成。舊系統的維護成本導致其在2013年被關閉。新的 &34;將與620公裡高的軌道上的一顆天基太空監視衛星以及澳大利亞的一臺大型（85噸）望遠鏡一起工作，該望遠鏡專門用於更詳細地觀察太空碎片。

計劃安裝第二臺，也可能是第三臺 &34;雷達，以便對碎片進行更持久、更準確的跟蹤。兩部或更多的雷達使其有可能確定哪些碎片對現有衛星和國際空間站等較大的軌道物體構成危險。軌道碎片是軌道空間中一個日益嚴重的危險，主要衛星發射國在識別和跟蹤碎片群方面進行合作。

大多數碎片都很小，但至少有一千塊是真正危險的(至少有10釐米/4英寸長、寬或直徑)。上面有許多這樣的碎片群，必須加以觀察和避免。並不是所有的碎片群都是事故造成的。例如，2007年中國的 &34;試驗將一個巨大的碎片群送入軌道，隨後俄羅斯的一枚火箭意外爆炸又產生了一個新的碎片群，將1100多個危險碎片送入軌道。這兩起事件使軌道上的危險碎片增加了約15%。

目前，約有一千顆現役衛星在軌道上，其中近一半是美國衛星。大約75%的衛星都是非軍用衛星，大部分是商業衛星，其餘是政府非軍用衛星。未來幾年，由於小型低軌道衛星的網絡效率更高，在軌衛星的數量將大大增加。

軌道碎片最常見的產生時間是在衛星入軌時發生的。例如，2012年末，俄羅斯衛星發射裝置的第三級在未能將兩顆衛星送入軌道後意外爆炸。通過質子火箭發射，最後一級出現了某種問題，顯然該級剩餘燃料引起了爆炸。這造成了一個由幾百塊新的空間垃圾組成的碎片場，主要是第三級和兩顆衛星的碎片。這促使衛星(和空間站)操作人員檢查他們的軌道，並作出調整，如果有可能與這種新的致命(以高速從相反方向來的)碎片雲相撞。從好的方面看，這些新的垃圾中有許多是大塊頭，而且軌道很低，這意味著它們很快就會落向地球並燃燒起來。這也必須被跟蹤，這樣你就知道哪些碎片消失了，哪些沒有消失。

軌道碎片的一個不太常見的原因是穩定的衛星在軌道上爆炸。2015年初，一顆美國的太空衛星就發生了這樣的事情。這顆衛星是一顆有20年歷史的氣象衛星，出現了設備故障，地面監測人員發現，衛星內部溫度迅速升高，隨後衛星爆炸成43塊。這對於氣象監測來說，並不是災難性的，因為這顆衛星因為年代久遠，在2006年的時候就被降為備份任務。最終，當它出現故障時，會被操縱到一個較低的軌道上，最終在大氣層中燒毀，不會在軌道上留下任何碎片。一旦發現衛星出現故障跡象，就計劃將衛星操縱到較低軌道，但衛星很快就不受控制，發生了爆炸。雖然罕見，但衛星意外爆炸並不陌生。

21世紀以來，太空垃圾的情況越來越嚴重。2007年，美國成為第一個不得不改變其一顆衛星軌道的國家，以避開2007年早些時候中國試驗反衛星武器時產生的碎片雲。這個號召始於1月11日中國發射了一個反衛星系統（KillSat或Killer Satellite），摧毀了中國一顆老舊的氣象衛星，大約在850公裡以上。這是在大多數偵察衛星掛在上面的範圍。飛彈擊中了氣象衛星，結果是產生了幾百萬個碎片。

IADC(機構間空間碎片協調委員會)是一個國際組織，負責協調信息交流和空間行動，因為它們與地球周圍軌道上的人造和自然碎片有關。每年都有一些這樣的東西落入大氣層並燃燒起來，但總是有新的事故或故意的操作，給空間通道增加更多的垃圾。有許多政府和業餘團體在監測低軌道空間，這些觀察者大多為了大家上去的安全而分享他們的信息。

IADC的工作促成了十年前空間數據協會和空間數據中心的成立，以及隨後商業公司的發展，這些公司可以準確預測蟲群的位置和未來的走向。擁有空間觀測系統的國家，如美國的 &34;和最近復興的俄羅斯地面觀測設備網絡，在分享數據方面更加開放。所有主要國家都試圖對其主要衛星的軌道保密，但由業餘觀測者創建的基於網際網路的數據共享網絡使衛星長期隱藏變得更加困難。