出品：科普中国
建造：李明涛（中国科学院国度空间科学中间）
监制：中国科学院计较机收集信息中间
2021年11月16日凌晨，看起来再通俗不外的一天即将起头，正在地球概况420公里高空飞翔的国际空间站上的警报却俄然响起。
航天员被奉告：一颗卫星在轨道上发生解体，发生的碎片可能会击中国际空间站。
随后，航天员们被要求转移到返回舱中，期待地面通知，随时筹办撤离国际空间站。
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，别的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忐忑地逗留了大约两个小时。
随后，美国当局官员暗示，俄罗斯在礼拜一（11月15日）进行了一次反卫星试验，击落了一颗苏联时代的烧毁航天器，发生了上千颗可追踪的空间碎片。这些碎片将在轨道上逗留数年甚至数十年，而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，此次反卫星试验利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)的烧毁军事窥伺卫星。此外，太空司令部在一份声明中说，此次试验发生了1500多块可追踪的太空碎片，可能会发生数十万块较小的轨道碎片。
俄军方则在一份声明中暗示，国防部当作功进行一项试验，击中自1982年以来一向在轨道上的“Tselina-D”航天器。声明称，有关试验没有带来危险。
事务本家儿角“宇宙-1408”是什么航天器？
综合多方资料，“宇宙-1408”是一颗苏联的烧毁军事窥伺卫星，重量约为2200公斤，雷达反射面积约为8.63平方米。按照雷达反射面积估算，其外包络约为5米。
显然，这是一颗大卫星，其解体也会造当作更多碎片。
图1 “宇宙-1408”可能的构型（图片来历：Yuzhnoye）
在解体事务发生前，“宇宙-1408”运行在近地址高度约465公里、远地址高度约490公里、倾角约83°的轨道上，大约94分钟环抱地球运行一圈。
图2 “宇宙-1408”轨道（图片来历：LeoLabs）
而“宇宙-1408”的轨道，正益处在载人空间站（约400公里高度）与贸易卫星密集区域（约500-800公里高度）的通道中心，绝大部门贸易卫星发射城市颠末这个区域。
“宇宙-1408”解体，发生了几多碎片？
就在两个超等大国大打口水仗时，“宇宙-1408”航天器解体事务吸引了一些从事太空态势感知的贸易机构的注重力。
国外一家致力于成长贸易空间碎片监测预警办事的贸易航天公司LeoLabs操纵摆设在新西兰的雷达系统，对“宇宙-1408”解体事务进行了监测，并测验考试阐发其可能带来的影响。在曩昔一个月内，该公司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，形当作了69组轨道状况数据，此中位置精度优于100米。
在查抄了当天早上的监测记实之后，发现没有收到预期的监测数据，这证实“宇宙-1408”确实发生了某些转变。于是他们将“宇宙-1408”的不雅测晋升到最高优先级，而且拓宽不雅测窗口。
随后，该公司位于新西兰的雷达系统当作功捕捉了“宇宙-1408”的监测数据。不幸的是，发现了不止一个移动物体，而是良多个——明白证实了“宇宙-1408”已经发生解体。
截止到11月17日，LeoLabs已经获取了约253块自力碎片的数据，并在继续对监测数据进行阐发。
图3雷达监测数据 （图片来历：LeoLabs）
该公司估量，这253块碎片可能代表了“宇宙-1408”解体发生的比力大尺寸的碎片，它们仍然运行在“宇宙-1408”的原轨道四周。若是这个估量是精确的，按照经验，还有4-9倍的碎片还没有被追踪到。估计可追踪碎片的总数目在1250-2500块之间，而不成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阐发，这些碎块的轨道高度在200公里至800公里之间，笼盖了从国际空间站到贸易卫星密集区，此中大部门碎块的轨道高度在400公里至600公里之间。
图4碎片轨道高度：蓝色为远地址高度，红色为近地址高度
（图片来历：LeoLabs）
对于近地址高度较低的碎块，在大气阻力的感化下，轨道会较快衰减，估计会在数年之内进入大气层。当然，下降过程会路过载人空间站地点区域。
而在较高轨道的碎块，所受到的大气阻力感化没有那么较着，甚至可能在轨道上运行跨越10年。不外碎片轨道寿命展望自己很是复杂，需要综合考虑碎片自己特征和太阳活动、磁暴等空间气候活动，而这两者都有比力大的不确定性。
总的来说，“宇宙-1408”解体味使得轨道上单元体积内的碎片数目较着晋升。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，而解体后则增添至1个碎片。
图5碎片密度转变：黑色为解体前，红色为解体后
（图片来历：LeoLabs）
今朝，这些碎块还运行在“宇宙-1408”轨道四周，但跟着地球外形摄动等身分影响，这些碎块最终会漫衍到分歧的轨道面上。
太空中的解体碎片，会威胁航天员生命吗？
想必大师都十分关心，卫星解体后发生的碎片会不会对正在空间站的航天员们发生什么影响。
别急，我们慢慢阐发。
一般来说，卫星解体后的大尺寸空间碎片可能会贯串空间站舱体，对空间站造当作永远性粉碎。但好在，大尺寸空间碎块是可以提前发现预警，进而遁藏的。
当空间碎片撞击空间站的概率跨越必然阈值时（好比万分之一），地面批示中间会批示空间站实施轨道规避灵活，躲开空间碎片。1999年以来，国际空间站已经执行了25次碎片规避灵活。
当然，等威胁碎片飞曩昔后，空间站仍然还要返回本来的轨道。价格是耗损空间站上贵重的燃料，还有测控资本。
而对于小尺寸空间碎片，载人空间站都有防护布局，也就是所谓的“硬扛”。之前就在国际空间站布局上查抄到了良多空间碎片的撞击陈迹。
图6国际空间站机械臂受碎片撞击
（图片来历：newsweek.com）
若是航天员在舱内，一般是比力平安的。但若是航天员在出舱时，可能会碰到另一种不成展望的危险——毫米级空间碎片，这种碎片可能会穿透航天员的宇航服，对航天员的生命造当作威胁。因为毫米级碎片难以不雅测，理论上，碎片危及航天员生命的可能性是不克不及解除的。是以，当判定有这类空间碎片威胁的时辰，航天员们会尽量削减出舱活动，规避风险。
卫星解体事务，或将影响将来人类贸易发射
毫无疑问，“宇宙-1408”解体事务对导致轨道情况变得加倍复杂。大量细小碎片是难以直接本家儿动清理的，出格是碎片轨道位于载人空间站与贸易卫星密集区域的中心通道上，对将来人类贸易发射可能城市存在必然的影响。
例如，该事务可能会对埃隆·马斯克（Elon Musk）的“星链”（Starlink）卫星互联网项目造当作影响。Starlink星座的轨道高度在550公里、1110公里和340公里，而此中的550公里轨道正处于此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，卫星从低轨靠电推进迟缓爬升进入方针轨道的模式，也决议了Starlink星座从发射到爬升到方针轨道全过程城市受到此次解体事务的影响。
图7 Starlink星座打算（图片来历：SpaceX）
“宇宙-1408”卫星的解体已当作定局，其带来的影响我们必需正视面临。或许在将来的某一天，我们可以拥有更高效的空间碎片防护、减缓和断根的方式，给航天员的摸索工作供给加倍平安的情况。
参考文献：
[1]Leolabs，Analysis of the Cosmos 1408 Breakup，（https://leolabs-space.medium.com/analysis-of-the-cosmos-1408-breakup-71b32de5641f）；
[2]“国际航天快乐喜爱者”微信公家号，“俄罗斯进行反卫试验，发生上万空间碎片，空间站红色预警”（https://mp.weixin.qq.com/s/DqpqIsBeCPDznFIegdm-Zg）。
