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太空交通管理 (STM) 问题:保持轨道的永久稳定性和安全性,发现、识别和准确跟踪管理域内的所有对象

太空交通管理的挑战

地球轨道和空间碎片的渲染。图片来源:美国太空部队

数以百万计的轨道碎片大到足以伤害卫星,但又太小而无法追踪,威胁着轨道的永久稳定性和安全性”

在过去的几年里,特别是在过去的几个月里,从美国参议院到白宫的新闻发布会,太空交通管理 (STM) 问题一直在讨论。整个政府的共同主题是在空间交通管理方面缺乏行动。未解决的根本问题之一是:您无法管理无法衡量的内容。任何 STM 系统的基本原则是发现、识别和准确跟踪管理域内的所有对象。任何近地管理域都必须包括所有大型碎片物体。我们还没有开发出有效预测活动卫星和大型碎片物体之间会合所需的技术和系统。换句话说,今天的 STM 并不存在,但实际上是“狂野西部”。 

近地空间很大,但它是否足以在活跃的卫星星座和轨道碎片数量迅速增长的情况下维持安全飞行?美国太空司令部负责人詹姆斯·迪金森将军最近表示,他的组织正在跟踪近 35,000 个物体,这只是低轨道物体实际数量的一小部分。这个数字比几年前增加了 22%。如果你考虑空间物体的总数,挑战似乎是无法克服的,而目前确实如此。 

截至 2021 年 9 月,欧洲航天局的空间碎片办公室提供了一些相关的历史事实:

  • 自 1957 年太空时代开始以来,成功发射的火箭数量约为 6,100 次。 

  • 进入地球轨道的卫星数量约为 12,000 颗,其中约 7,500 颗仍在轨道上。

  • 仍在运行的卫星数量约为 4,700 颗。

  • 美国太空监视网络定期跟踪并保存在其目录中的大型碎片物体的数量超过 29,000 个。

  • 导致碎片化的破裂、爆炸、碰撞或异常事件的数量超过 600 次。

  • 地球轨道上所有空间物体的总质量超过 9,600 吨。

  • 通过统计模型估计,尺寸大于 10 厘米的轨道碎片物体的数量为 36,500 个。尺寸在 1 到 10 厘米之间的物体有 100 万个,在 1 毫米到 1 厘米之间的物体有 3.3 亿个。

由于传感器覆盖范围不足,我们面临的最大挑战之一是全面的空间领域感知。这一挑战与空域和海域感知完全不同,也更加复杂。是的,有一些系统(已开发或正在开发),但没有一个系统集成到足够的水平以提供全面的空间领域意识。大多数 STM 讨论集中在大约 35,000 个被跟踪的对象上,但这仅占总数量的 0.01%。持续太空飞行安全的危害在于数以百万计的无法追踪的物体。  

任何多管齐下的 STM 方法都应包括碎片修复工作,以消除 600 至 1,200 公里高度的 5 厘米及更小的物体,并提供4 pi 球面度传感器覆盖范围以检测和跟踪更大的物体。最大的污染物是较小但足够大的物体,它们可以通过单次碰撞损坏正在运行的航天器。这些轨道上的遗弃物太小而无法追踪,对卫星造成的损坏无法核实或记录。然而,有足够的证据表明,此类碎片是最危险的,因为它的密度、相对相遇速度以及无法追踪的事实。正是这些物体的存在将对卫星造成大部分严重损害。为了飞行安全和永久进入太空,有必要连续和有选择地移除 1 毫米到 10 厘米大小的物体的一部分。因此, 

讨论和提议的方法需要集中在三个主要目标上,以处理空间领域意识的各个方面:

1. 从国家安全的角度跟踪需要跟踪的内容;

2. 从航天角度跟踪可以跟踪的内容;

3. 使用主动式碎片清除系统来清除其余的碎片。

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