“宇宙-1408航天器”解体，会威胁正在太空中的人类吗？

　　来源：中国科普博览

　　2021年11月16日凌晨，看起来再普通不过的一天即将开始，正在地球表面420公里高空飞行的国际空间站上的警报却突然响起。

　　航天员被告知：一颗卫星在轨道上发生解体，产生的碎片可能会– i ` e Z击中国际空间站。

　　随后，航天员们被要求转移到返回舱中，等待地面通知，随时准备撤离国际空间站。

　　于是，美国3名航天员和1名德国航天员躲进了美国的载人龙飞船，另外1名美国航天员则与2名俄罗斯航天员挤进了俄罗斯的联盟号载人飞船。航天员们在他们的龙飞船和联盟飞船中J ^ \ x忐忑地停留了大约两个小时。

　　随后，美国政府官员表示，俄罗斯在` – D J i z星期一（11月15日）进行了一次反卫星试验，击落了一颗苏联时代的废弃航天器，产生了上千颗可追踪的空间碎片。这些碎片将在轨道上停留数年甚至数十年，并且可能会威胁国际空间站上的航天员生命。

　　据美国太空司令部称，此次反卫星试验使用了一枚直接上升的导弹（DA-ASAT），摧毁了一颗名为“宇宙-1408”（Cosmos 1408）的废弃军* U # B u 7事侦察卫星。此外，太空司令部在一份声明中说，这次试验产生了1500多块可追踪的太空碎片，可能会产生数十万块较小的轨道碎片。

　　俄军方则在一份声明中表示，国防部成功进行一项试验，击中自1982年以来一直在轨道上的“Tselina-D”航天器。声明称，有1 i K u关试验没有带来危R % S T险。

　　事件主角“宇宙-v : q1408”是什么航天器？

　　P o R C ^ l综合多方资料，“宇宙-1408”是一颗苏联的废弃军事侦察卫星，重量约为2200公斤& y s ^ { ,，雷达反射面积约为8.6i } 7 m ; J 93平方米。根据雷达反射面积估算W } u o，其外包络约为5米。

　　显然，这是一颗大卫星，其解体也会造P H 8 E w n成更多碎片。

　图1“宇宙-1408”可能的构型（图片来源：Yuzhnoye）

　　在解体事件发生前，“宇宙-1408”运行在近地点高度约465公里、远地点高度约490公里、倾角约83的轨道上，大约94分钟环绕地球运行一圈。

　图2“宇宙-1408”轨道（图片来源：LeoLabs）

　　而“宇宙-1408”的@ i $ K c轨道，正好处在载人空间站（约400公里高度）与商业卫星密集区域（约500-800公里高度）的通道中间，绝大部分商业卫星发射都会经过这9 } i 8 k O个区域} j { q j & ; B /。

　　“宇宙-1408”解体，产生了多少碎片？

　　就在两个超级大国大打口水仗时，“宇宙-1408”航天器解体事件吸引了一些从事太空态势感知的商业机构的注意力。

　　国外一家致力于发展商业空间碎片监测预警服务的商业航天公司LeoLabs利用部署在新西兰的雷达系统，对“宇宙-1408g W s w d c Y ; P”解体事件进行了监测，并尝试分析其可能带来] : x的影响。在过去一个月内，该公司Y # ] x的雷达系统很好地监测到了“宇宙-1408”卫星，找到了1796次雷达测量数据，形成了69组轨道状态数据，其中位置精度优于100米。

　　在检查了当天5 T x B f * l g早上的监测记录之后，发现没有收到预期的监测数据，这证实“P A \ + L – }宇宙-1408”确实发生了某些变化。于是他们将“宇宙-1408”的观测提升到最高优先级，并且拓宽观测窗口。

　　随后，该公司位于新西兰的雷达C P ~ [系统成功捕获了“宇宙-1408”的监测数据。不幸的是，发现了不止一个移动物体，而是很多个——明确证实了“宇宙-1408”已经发生解体。

　　截止到11月17日，LeoLabs已经获取了约253块独立碎片的数据，并在继续对监测数据进行分析。

图3雷达监测数据 （图片来源：LeoLabs ）

　　该公司3 F L 6 $估计，这253块碎片可能代表了“宇宙-1408”解体产生的比较大尺6 d m N L寸的碎D m { s E ` 2 P片，它们仍然运行在“宇宙-1408”的原轨道附近。如果这个估计是准确的，根据经验，还有4-9倍的碎片还没有被追踪到。预计可追踪碎片的总数量在1250-2500块之间，而不可追踪的小尺寸碎块只会更多。

　　解体碎片都分布在什么轨道上？

　　LeoLabs对追踪到的253颗碎片的轨道进行了分析，这些碎块的轨道高度在200公里至800公里之间，覆盖了从国h T u f际空间站到商业卫M # – _ D A S l星密集区，其中大部分碎块的轨道高度在400公里至600公里之间。

图4碎片轨道高度：蓝色为远地点高度，红色为z 1 k y . u & / \近地点高度（图片来源：LeoLabs ）

　　对于近地点高度较低的碎块，在大气阻i 6 5力的作用下，轨道会较快衰减，预计会在数年之内进入大气层。O 6 j当然，下降过程会途经载人空间站所Z P { [ K o L在区域。

　　而在较高轨道的碎块，所受到的大气阻力作用没有那么明显，甚至可能在轨道上运行超过10年。不过碎片@ , 4轨道寿命预测本* g U , @ z J 9 )身非常复杂，需要A R 4 5综合考虑碎片本身特性和太阳活动、磁暴等空间天气活动，而这两者S V r M / %都有比较大的不确定性。

　　总的来说，“宇宙-1408”解体会使得* o ] } W轨道上单位体积内的碎片数量明显提升。以400公里轨道高度为例，在10立方米空间内，解体前平均有0.3个碎片，而解体后则增加至1个碎片。

图5碎片密度变化：黑色为解体前，红色为解体* t A ?后

　　目前，这些碎块还运行u t l b Y D 0 k在“宇宙-1408”轨道附近，但随着地球形状摄动等3 W q . | 5 2 R因素影响，这些碎块最终会散布到不同的轨道面上。

　　太空中的解体碎片，会威胁航天员生命吗？

　　想必大家都十分关心，卫星解体后产/ : Q o生的碎片会不会对正在空间站的航天员们产生什么影响。

　　别急，我们慢慢分析。

　　一, D R ~ F T G ! @般来说K H v B J & [ Y \，卫星解体后的大尺寸空间碎片可能U J r 4 e C n @ |会贯穿空间站舱体，对空间站造成永久性破坏。但好在，大尺寸空间碎块是可以提前发现预警，进而躲避的。

　　当空@ ? V Q l间碎片撞击空间站的概率超v k U ? . C ? ,过一定阈值时（比如万分之一），地面指挥中P S ,心会指挥空间站实施轨道规避机动，躲开K % o [ 0空间碎片。1999年以来，国际空间站已经执行了25次碎片规避机动。

　　当然，等威胁碎片飞过去后，空间站仍然还要返回原来的轨道。代价是消耗空间站上宝贵的燃料，还有测控资源。

　　而对于小尺寸空间碎片，载人空间站都有防护结构，也就是所D | Y . ?谓的“硬扛”。之前就在国际空间站结构上检查到了很多空间碎片的撞击痕迹。

图Q V ` ^6 国际空间站机械臂受碎片撞击

　　如5 = c S 9 B b果航天员在舱内，一般是比较安全的。但如果航天员在出舱时，可能会9 ~ /遇到另一种不L D p D P可预测的危险——毫米级空间碎片，这种碎片可能会穿透航天员的宇航服，对航天员的生命造成威胁。A N H n = ! } 7 9由于毫米级碎片难以观测，理论上，碎片危及航天员生命的可能性是不能排除的。因此，当判断有这类空间碎片威胁的时候，航天员们会尽量减少出舱活动，规避风险。

　　卫星解体事件，或将影响未来人类商业发射

　　毫无疑问，“宇宙-1408”解体g 3 F H $ D事件对导致轨道环境变得更加复^ i g : w / M杂。大量微小碎片是难以直接主动清理的，特别是碎片轨道位于载人空间站与商业卫星密集区域的中间通道上，对未来人类商业发射可能都会存在一定的影响。

　　例如，该事件可能会对埃隆马斯克（Elon Musk）的“星链”（Starlink）卫星互联网项目造成影响。Starlink星座的轨道高度在550公里、1110公里和34W 4 ! %0公里，而其中的550公里轨道正处于这次解体碎片影响最严重的区域之一。

　　而Starlink采用一箭多星发射，卫星从低轨靠电推4 ) G O进缓慢爬升7 $ Y Y C \ 7进入目标轨道的模式，也决定了Starlink星座从发射到爬升到目标轨道全过程都会受到这次解体事件的影响。

　W & z r 3 U [ r n图7Starlink星座+ h a u o u计划（图片来源：SpaceX）

　　“宇宙-1408”卫星的解体已成定局，其带来的影响我们必须~ | 9 c % / B :正视面对。或许在未来的某一天，我们可以拥有更高效的空间碎片防护、减缓和清除的方法，给航天员的探索工作提供更加安全的环境。