空间碎片越来越多!人们将在这十年面临更多的死亡威胁

直到大约十年前,平均每年有 80 到 100 颗卫星被发射到不同的轨道。一些很快重新进入地球大气层,而另一些将在轨道上停留数十年。

这现在看起来很古怪。在过去五年中,主要受 SpaceX 的 Starlink 等通信网络的兴起和小型卫星的激增推动,发射到太空的物体数量急剧增加。

联合国外层空间事务办公室统计, 2017年年发射数量超过300个。到2020年,年发射物体数量首次突破1000个。今年,总数已超过2000人。随着越来越多的太空宽带网络(如亚马逊的 Project Kuiper)即将推出,可以预期会有进一步的增长。

随着近地轨道上越来越多的碎片,卫星数量急剧增加,其中大部分在距离地球表面 1,000 公里以内的轨道上运行。例如,就在上个月,中国长征六号甲运载火箭上级在将有效载荷送入轨道后意外解体。现在在500到1000公里的高空有300多块可追踪的碎片。2021 年 11 月,俄罗斯击落了自己的 Cosmos 1408 卫星,在轨道上产生了 1000 多个碎片。时至今日,美国宇航局的国际空间站仍需躲避这些碎片。

在某个时候,上方的天堂将达到一个临界点。是的,空间很大,但那里有很多垃圾。

科学家和工程师估计,有数十万块蓝莓大小的轨道碎片无法追踪。鉴于它们的速度是音速的许多倍,这些小物体具有下落铁砧的动能。然后是数以万计的可追踪碎片,大小如垒球或更大,具有大型炸弹的动能。虽然其中一些碎片每天都被拖入地球大气层并燃烧殆尽,但人类正在迅速制造更多碎片。

为了了解这种威胁以及人类如何清理他们的行为,Ars 与德克萨斯大学奥斯汀分校的天体动力学家 Moriba Jah 进行了交谈。Jah 是轨道碎片领域的超级巨星,也是对太空垃圾上升趋势发出警报并呼吁人类保护近地轨道的最重要声音之一。他还担任Privateer Space的首席科学家,这是他与 Apple Computer 联合创始人 Steve Wozniak 共同创立的公司,旨在更好地收集和共享碎片跟踪数据。

为了清楚起见,对这次采访进行了编辑。

可持续与否?

Ars:鉴于过去几年发生的事情以及预计会发生的事情,您认为我们在近地轨道上看到的活动是否可持续?

Moriba Jah:我的观点是,答案是否定的,这是不可持续的。很多人不喜欢这整个“公地悲剧”的事情,但这正是我认为我们目前课程的目的。近地轨道空间是有限的。我们应该把它当作一种有限的资源来对待。我们应该通过协调和规划以及诸如此类的事情,在各个国家/地区对其进行整体管理。但我们不那样做。

我认为这类似于早期的空中交通甚至海运之类的东西。这就像当你有几艘船驶入一个地方时,这没什么大不了的。但是,当您的流量增加时,就需要进行协调,因为每个人都在不知道其他人在有限资源中做出的决定的情况下做出决定。

Ars:是否有可能在近地轨道上管理所有这些交通?

Jah:目前还没有协调计划。在没有考虑到其他国家的计划的情况下,每个国家都有计划。这是问题的一部分。所以这没有意义。就像,如果“Amberland”是唯一一个在太空中做事的国家,那也许没问题。但事实并非如此。所以你有越来越多的国家说,“嘿,我可以自由和不受阻碍地使用外层空间。在法律上我没有任何东西可以向任何人报告,因为我是一个主权国家,我可以做任何我想做的事。” 我的意思是,我认为那很愚蠢。

Ars:目前在美国,大部分卫星活动的监管都是由联邦通信委员会进行的。但他们似乎非常亲商,所以他们大多是宽容的。

Jah:我也支持太空商业。问题在于我们做事的方式。归根结底,根据 1967 年至 1972 年条约和公约中编纂的国际法,损害和有害干扰的责任完全落在条约缔约国的肩上。所以政府最终要负责。公司对其行为不承担任何责任。国家这样做。

各国有责任授权并持续监督非国家行为者的所有活动。政府,因为他们在许可和授权,所以可以让他们自己的人承担责任。需要发生的事情是各国需要通过激励环境保护和可持续性的国家空间法。基本上,他们需要要求他们授权在太空中做事的人——企业或其他人——遵守这些法律并对其负责。

Ars:国与国之间的互动如何?如果 SpaceX 的星链卫星撞击中国的天宫空间站并造成严重破坏会怎样?

Jah:基本上,美国要为此对中国造成的损害负责;公司不是。所以中国可以去联合国说,你知道,根据责任和损害公约,我正在提出申诉要求赔偿。框架在那里。

可以做什么?

Ars:你提到政府需要让公司承担责任。从政策的角度来看,美国和其他国家还可以做哪些其他明智的事情?

Jah:我认为有几点。美国可以率先发展循环空间经济,该经济首先侧重于通过尽量减少一次性卫星和火箭来防止污染。就像我们试图尽量减少一次性塑料一样,美国可以鼓励尽量减少一次性卫星和火箭,使它们可重复使用和回收。

对于那些不能重复使用和回收的,我们将激励一个负责任的处置框架,这不是不受控制的重返大气层。这一太空框架是美国必须引领的框架。这个想法实际上强调了白宫想要在太空服务、组装和制造的整个事情。如果你想创建在轨道上做事、回收、加油、服务的整个生态系统,那么基本上需要政府建立循环空间经济。

此外,由于许多显而易见的原因,太空物体的官方数据库是由美国军方开发和维护的,这不是一个透明的组织。这必须转移到一个民事实体。随着特朗普于 2018 年签署的第 3 号太空政策指令以及国会随后的其他一些事情,有人认为太空商务办公室将在理查德达尔贝洛的领导下领导这项工作。但他哪里来的钱来做这件事?

因此,国会需要真正着手拨款并向太空商务办公室提供资源。因为那时太空商务办公室可以在全球范围内以更透明和更自由的方式与中国和俄罗斯等国家共享数据和信息。我们不会向他们提供来自军用传感器的数据,但我们在美国有商业实体,这些公司拥有自己的传感器、雷达和望远镜。我们,政府,将购买这些东西,我们将把它们提供给全球其他人,这样我们就可以有一个综合的证据来监测太空。

Ars:这真的是要尝试通过数据共享建立规范,以便世界其他国家/地区效仿吗?

Jah:我认为“规范”是一个有分量的术语,因为一群人想成为规范的领导者,他们想成为建立他们所谓的“最佳实践”的领导者,这让我很生气。因为我认为“最佳实践”基本上会疏远那些不属于那个原始群体的人。我认为“有效实践”更好,它需要包容性,这意味着影响结果的多样性。

因此,老实说,我认为最好的前进方式是在技术和科学层面上建立关系。我认识我在俄罗斯和中国的科学同行,我们实际上希望彼此合作。我们希望交换没有任何侵犯国家安全或商业机密的迹象的东西。让我们首先这样做,并通过实验证明什么是可行的,什么是不可行的。然后,以不伤害任何人但实际上有益的方式交换数据和信息的做法可以引领政府走到一起。政府可以围绕它制定一个框架,因为它已经建立起来并且人们喜欢它。

Ars:这不像是公司想要浪费空间,对吧?保持商业空间的可行性也符合他们的最大利益。政府在这个问题上与公司合作有哪些策略? 

Jah:他们应该看看迄今为止在地球上的废物管理和环境保护方面取得的成功。诸如向人们提供碳信用额度之类的事情。我参与开发了由世界经济论坛领导的一种叫做空间可持续性评级的东西。有一种方法可以围绕这些事情进行激励。也许您可以获得税收优惠。所以,是的,我认为政府有一套可以用来激励人们的东西,因为这符合每个人的最大利益。

它会变得多糟糕?

Ars:我很好奇你认为在这十年的剩余时间里实际会发生什么,因为你已经概述了一些有希望的战略。但距俄罗斯击落其宇宙卫星仅一年时间。在美国,沃尔夫修正案排除了您提到的许多合作——或者至少肯定会产生寒蝉效应。上个月,中国的长征 5 号火箭失控重返大气层。所以我看到了一些进展,但我肯定没有看到足够的进展来抵消我们将这些卫星送入日益拥挤的近地轨道的速度。

Jah:这是我戴上现实主义帽子的地方。我认为我们将失去使用某些轨道的能力,因为承载能力将被物体和垃圾所饱和。轨道容量饱和意味着“当我们的决定和行动无法再阻止不良结果的发生时”。因此,如果我们试图尽量减少不得不让开或相互碰撞,并且无论我们做什么我们都无法避免这种情况,这意味着无论出于何种意图和目的,轨道高速公路都不再可用.

我预测那将会发生。而且我还预测,我们将看到人类生命损失,原因是 (1) 校车大小的物体重新进入并在重新进入并撞击人口稠密地区时幸存下来,或者 (2) 乘坐这波民用和商业宇航员的人基本上拥有他们的车辆被意想不到的垃圾砸中。我预测这两件事都将在未来十年内发生。

Ars:因此,如果其中一个或两个发生,我当然认为这是可能的,这是否会刺激清理我们的行为所必需的监管和活动?换句话说,在我们认真解决这个问题之前,是否必须发生一些非常糟糕的事情?

Jah:对我来说,这有点像“锅里的青蛙慢慢煮沸”之类的东西。当我与人们交谈时,他们会说,“我们需要看到真正糟糕的事情发生吗?” 我想,比俄罗斯炸掉它在这个轨道上的卫星更糟糕,这显然通过 Starlink 对美国产生了影响?当你与 SpaceX 交谈时,很明显,这颗俄罗斯卫星的破坏很可能是为了有害干扰 Starlink 卫星。他们已经不得不机动数千次以避开碎片。这对他们的运营有影响。那不是随机的。那不是偶然的。

对我来说,在太空中展示地缘政治力量来伤害他人已经发生了。坏事已经发生了。但为什么这还不够?我认为,如果我刚才描述的任何事情发生,比如一个校车大小的[物体]杀死了地面上的一群人,人们会在接下来的几个星期内举起手臂,喧哗和谴责,然后就是只是会消失。所以,是的,我很难抱有希望。让我们沸腾的事件是什么?多年前发生的环境问题是一条河流着火了……

Ars:是的,克利夫兰附近的 Cuyahoga 河,大约 50 年前……

:没错。所以就像,在人们说“哦,这是一个问题”之前,河流必须着火多少次。

Privateer Space 的创始人,左起:Moriba Jah、Steve Wozniak 和 Alex Fielding。
 Privateer Space 的创始人,左起:Moriba Jah、Steve Wozniak 和 Alex Fielding。
私掠空间

Ars:有没有什么能让你对未来五到十年的太空飞行充满希望?

Jah:对于很多人来说,在这个问题上有一种绝望的感觉。但如果人们有机会以同理心的方式解决问题,我想他们会的。当我环游世界并与人们交谈时,他们就像,’嘿,我有一些非常酷的想法。我很想尝试一下。我没有的是访问数据和信息来尝试我的想法。这是我们试图通过Privateer Space做的事情之一。它基本上是一家平台公司。我们如何让人类可以访问数据和信息,从而引入伟大的想法,并让人们开发自己的应用程序,让像我这样的人可以想出的任何东西都相形见绌?这就是我们正在努力做的。

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