自1957年太空時代開始以來,80個國家和政府間組織已經向太空發射了9000多個物體,僅在去年就有近800個。儘管天基項目的爆炸式增長帶來了很多好處,比如更好的通信、科學進步和更強的國家安全,但也有一些缺點。空間越擁擠,競爭就越激烈,對國家和全球安全都構成了挑戰。以下是衛星面臨的三大威脅,以及應對措施。
太空看起來似乎是一片空曠、空虛的虛空,但實際上,太空環境是異常活躍的。我們的太陽系沐浴在宇宙射線和太陽風暴產生的高能粒子的連續雨點中,所有這些都能穿透一顆衛星,燒毀它的電子設備,在極端的情況下,使其毫無用處。
一個解決辦法是預測太空天氣,讓衛星運營商有機會暫時關閉部分或全部太空飛行器以保護它。但這是出乎意料的困難。你如何預測太空風暴?最近的科學創新為我們帶來了希望。例如,在洛斯阿拉莫斯國家實驗室,一個新的機器學習計算機模型準確地預測了風暴前兩天地球範艾倫輻射帶的強化所造成的破壞性輻射,這是迄今為止最先進的預警。
新的模型通過訓練和驗證來自美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)、美國國家航空航天局(NASA)和洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)傳感器的現有衛星數據集,來預測未來的事件,以了解粒子團的重要行為模式。基於類似的、微妙的模式可能在未來重複出現的預期,以深度學習算法為動力、以數據為基礎的模型,通過捕捉未來事件前兆的關鍵指標,做出預測。洛斯阿拉莫斯實驗室的研究小組目前正在努力使該模型能夠更好地預測近地空間的嚴重輻射事件,使預測能夠更早進行。
如果一個對手想要摧毀數百顆衛星,嚴重阻礙一個國家的發展,向近地軌道發射一枚核武器並引爆它就能達到目的。儘管自1963年以來,國際條約就禁止在太空進行核爆炸,但我們需要知道我們可以將衛星轉移到哪裡以及將其轉移多長時間,從而能夠保護我們的太空資產不受流氓核事件的影響。我們還想知道是否有辦法減少或消除爆炸造成的人工輻射帶。
為了移動衛星,這裡的研究人員正在開發一種新的固體燃料火箭,這種火箭可以多次停止和重啟(這在以前是固體燃料推進器的一個障礙),這樣低軌道衛星就可以快速移動到更安全的軌道。固體火箭燃料推力大、安全、成本低,而且可以儲存極長時間。洛斯阿拉莫斯實驗室的測試已經成功地、安全地證明了它停止和重新啟動發動機的能力。
為了消除人工輻射帶,洛斯阿拉莫斯實驗室正在與美國宇航局合作,將第一個線性電子加速器送入太空。加速器將產生一束電子束,這束電子束可以用作「虛擬天線」來產生各種電磁波,這些電磁波可以將電子散射出輻射帶。
這一新的認識,以及洛斯阿拉莫斯正在開發的一套新的計算機模擬技術,將使研究人員確定是否可以擴大實驗規模,將輻射帶電子主動散射到大氣中,在那裡電子將被無害地吸收,不再對商業和軍用衛星構成威脅。這將大大有助於減少太空無賴核爆炸造成的威脅。
目前,大約有3000顆運行衛星在地球軌道上運行,而且由於小型衛星發射機會的增加,這個數字還在增加,主要是進入LEO軌道。很快,我們地球人每年可能發射超過1100顆衛星,碰撞的風險迅速增加。僅僅一次很小的撞擊就可能導致成千上萬個大小的小球碎片以每小時數千英裡的速度在太空中以不同的方向飛馳。如果只是其中的幾個撞到另一顆衛星,破碎的衛星就會在軌道上製造更多的碎片,引發失控的連鎖反應。