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中国国家航天局--空间碎片监测与应用中心(Space Debris Observation and Data Application Center)

探秘空间碎片前世今生:源于火箭残骸 撞击航天器很致命

2016-04-24 09:09:00 来源:央广网

  央广网北京4月24日消息(记者张棉棉)据中国之声《新闻纵横》报道,今天是4月24号,46年前的今天,中国第一颗人造卫星“东方红一号”成功发射,拉开了中国人进入太空、探索宇宙的序幕,也使中国成为世界上第五个独立自主研制发射人造卫星的国家,是中国航天事业发展的第一个里程碑。为了纪念这一伟大时刻,从2016年开始,每年的今天都被定为中国航天日。

  回望过往数十载,中国人发展航天、探索宇宙的脚步从未停歇,如今,我们遥望星空,满天星斗已不再触不可及。但是,深邃无边的宇宙中也蕴藏着风险和未知。而离我们最近的,或许就是“空间碎片”。空间碎片是什么?危害究竟有多大? 

  电影《地心引力》里,由于受到“空间碎片”的撞击,美国的空间站受损,女主人公差点就再也回不了家,最后是凭借中国的空间站“天宫一号”才回到地球。那么,“空间碎片”究竟是怎么形成的?专业点说,它就是人类空间活动的产物,包括完成任务的火箭箭体和卫星、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间碰撞产生的碎块等,是空间环境的主要污染源。

  国家航天局空间碎片监测与应用中心副主任刘静介绍,目前能观测到的、地球周边比较大的一些在轨物体大概有两万多个。在这两万个里头,工作航天器只有1000多个,其他都是碎片。碎片的来源就是火箭残骸。发射航天器入轨的残骸是很大一部分,将近20%。随着航天活动的频繁,空间拥挤越来越严重,现在这个数据应该能达到近50%。所以5%的航天器工作在95%的碎片中,可想而知危害有多大。

  哪些轨道是航天活动密集的轨道?刘静解释,密集的航天活动就像地球上拥挤的交通,在宇宙中,这些航天活动首先集中在常用的太阳同步轨道,两千公里以下、一千公里左右的轨道,同时,地球同步轨道也很值得警惕,因为这是很多通讯卫星、广播卫星的所在地,此外,现在GPS北斗导航等都在使用的轨道也是一个“重灾区”。尤其是在地球近地轨道里,就是2000公里以下,最密集的是600到1000公里,之前发生好多解体,碰撞全都在这个轨道发生。

  空间碎片作为在太空中不受控制的垃圾,随意乱飞,砸到个星球什么的还可以忍受,但是万一像电影《地心引力》里那样砸到空间站、宇航员,可就不好了。比如,日本“最重要的”X射线天文卫星“瞳”近日与地面失去联系。虽然有猜测称,失联或因太阳能电池无法发电导致电力不足所致,但专家认为,“瞳”可能受到空间碎片的撞击。

  刘静指出,空间碎片对航天器的危害主要是撞击危害,因为速度是每秒7.9公里在轨,如果两个对头相撞,就可以达到16。如果一厘米的碎片撞到一个航天器上,速度相当于五、六十公里时速的轿车。所以,航天器如果碰到这样的碰撞,是致命的。

  为了更好的应对空间碎片,国家航天局空间碎片监测与应用中心正式成立,这样就能和其他国家一起,做到监测常规化、预警常态化、信息透明化和减缓制度化。

  刘静表示,各国都有卫星,卫星之间如果是有非常近距离的交汇,比如说几米,20米,30米这样的,这时候就要规避。究竟你来避还是我来避,你机动还是我机动,所以有一个外星避碰的协调需求,这个事通常是落到国家航天局身上。

  当中心监测到卫星出现问题,需要针对这些问题做出详细分析,国家航天局空间碎片监测与应用中心综合部副部长于友成介绍称,我们监测到解体碎片的轨道信息或者相关数据后,会通过技术手段进一步分析,什么时候发生解体?什么位置发生解体?相当于把它的一些特性分析出来,提供给决策部门,为决策做技术支撑。

  据了解,现在国家航天局空间碎片监测与应用中心的监测手段主要以光学、天文望远镜为主。于友成表示,在航天器有载人任务时,空间碎片对于监测的需求是最大的,现在执行各项航天任务时,基本可以做到提前三天预警。

  于友成指出,发射预警的目的是这样,它有一个发射窗口,比如在多少时间内发射通过计算,然后在这个窗口里,在哪个时刻发射,它的碰撞风险最低,或者是可以接受的。对于在轨预警,主要是发射入轨后,已经在正常工作,比如未来三天或未来一天,会不会遭遇在轨其他物体的碰撞风险,这是在轨预警会关注的问题。

  随着航天活动的频繁增长,空间碎片也像滚雪球一样越滚越大。目前除了大于10cm的太空碎片有超过两万个,大于1cm的还有超过20万个,总数量超过1个亿,而这一数字还在不断被更新。这意味着,光做减缓可能并不够,还要去清除碎片:

  刘静表示,设置一个保护区,在保护区之内,所有航天任务结束后必须推离这个保护区,好让这个轨道永远腾出来给有用的卫星用。

  当然,国家航天局空间碎片监测与应用中心的成立,除了应对空间碎片,还有一个更重要的使命,就是预防小行星撞地球。小行星第一次撞地球,导致恐龙灭绝,而第二次就是那颗百米级的小行星几百年前在西伯利亚上空时擦大气而过,但是掉了一些东西下来,从而改变了整个西伯利亚的生态;而最近的那次,2013年坠落在俄罗斯中部乌拉尔山区的陨石直径约15米、重10吨,在进入大气层后因摩擦而引发的爆炸威力是二战日本广岛原子弹爆炸威力的20倍。由此产生的冲击波,4000多座建筑的玻璃窗被震碎,有的屋顶还出现坍塌。

  刘静表示,一般这种小行星特别小,观测能力如果有限的话,只看到一个小段段,没法预测。大家如果有多段数据,多个国家的数据或者不同角度的数据的话,最后就可以定出一个轨道来,比较准确地预报它落在哪区。

  刘静说,预测距离地球最近的一颗小行星,大约在2048年可能会与地球再次有交集,目前各国正在针对它做技术防御方案。怎么防御它?大家都在探讨。在这个组里头,有很多技术专家,也有很多政府官员,最后的目的还是为了准确预测后,给出正确决策,看看大家共同来应付,让地球不至于毁灭。


地球周围遍布过亿空间碎片 “天眼”监测避免卫星“剐蹭”

2016年04月21日 15:08 来源:北京晚报

  随着发射活动的日益频繁,太空的环境也越来越拥挤。在轨运行或再入大气的无功能人造物体及其残块和组件都叫太空碎片,它们在地球的周围紧紧围绕,数量竟然多达过亿。

  如何保证我国的卫星、航天器在运行的过程中,不发生“撞车”、“剐蹭”事件呢?日前,记者来到了去年6月8日成立于中科院国家天文台的国家航天局空间碎片监测与应用中心,这里是我国在轨的130多颗卫星的“隐形军师”,未雨绸缪提前发布碰撞预警。

  ■现状

  密集三个轨道 过亿空间碎片

  空间碎片监测与应用中心副主任刘静介绍,目前地球周边大于10厘米的空间碎片数量超过2万个,大于1厘米的空间碎片超过20万个,空间碎片的总数量超过1亿。

  这些空间碎片主要密集分布在地球周边的三个轨道:距地距离在2000公里以下的LEO区域、36000公里的地球同步轨道区域和20000公里的中高轨区域,其中在距地球600公里至1000公里的位置最为密集。

  空间碎片从何而来?据刘静介绍:在太空中所有在轨的物体中,工作中的航天器仅占5%;任务碎片占13%;火箭残骸占17%;失效的航天器占22%;而其中占比最大的是解体的航天器,占43%。“比如2009年美俄卫星相撞,导致二者解体,产生的编目碎片就多达2295块。”

  碎片撞击速度每秒10公里

  空间碎片有多可怕?刘静告诉记者,空间碎片平均撞击速度为每秒10公里,“也就是说,一块1厘米的碎片撞击到航天器上,就相当于是一个五六十公里时速的小轿车撞击在航天器上”,可导致航天器彻底损坏。

  那么不至于“一招毙命”的毫米级小碎片是不是没有杀伤力呢?刘静举例,美国曾发射了一颗LDEF长时间暴露装置,运行5.7年后收回,表面竟有肉眼可见的撞击坑数量超过32000个。这就是为什么航天飞机每次飞行后都需要更换玻璃。

  另外,空间碎片还存在着陨落的威胁。“低轨卫星受大气阻力作用高度逐步降低最终陨落。陨落事件几乎每天发生,体积较大的卫星陨落时可能有未烧毁的残骸落至地面,对地面人员财产造成威胁。”

  ■现场

  为100多颗在轨卫星发预警

  记者来到空间碎片监测与应用中心的预警室,4块彩色屏幕看上去“星光熠熠”,事实上它们标示的,都是地球周围及在轨航天器附近空间碎片的情况。一块屏幕上,闪闪发亮的黄色光斑将蔚蓝的地球重重围住,并形成大小不同的几个“光环”,如同水面的波圈。这便是目前在轨10厘米以上的大约20000多个空间碎片的实时分布图。

  另一块屏幕上显示着某卫星的运行情况,当时在它的四周分布着9个空间碎片,分别用白色的线条连接,并标注实时的距离信息。“不同的风险会用不同的颜色来表示,当白线渐渐变红,说明碎片与卫星交会的风险也在变大。”

  监测与应用中心综合部副部长于友成告诉记者,目前中心的预警分为两类:一类是在轨预警,一类是发射预警。在轨预警是对我国100多颗在用卫星发出的碰撞预警,这些预警的信息免费为国内用户提供。“其中,对我国的卫星与其他在轨碎片之间交会状态、相互之间的碰撞风险等情况每天都要进行分析,并将分析结果提前1至3天通报相关部门。预知卫星的安全状况,并及时做出对策和调整。”

  发射预警则是在发射预选的时间段内,通过计算得出某个时刻进行发射的碰撞风险最低,从而确定发射时间。

  于友成介绍,目前,监测与应用中心致力于对与大家日常生活关系密切的卫星进行观测与提供碰撞预警服务,为主管部门提供技术支撑。“至今,已为我国气象、海洋、资源、实践等系列100多颗卫星提供日常碰撞预警服务,根据每日结果统计,2015年共发生红色预警87次、黄色预警538次、蓝色预警6695次。”



      2015年6月8日,国家航天局空间碎片监测与应用中心在中科院国家天文台挂牌成立,标志着中国空间碎片监测、预警、应对突发事件以及国际合作有了实体依托机构。该中心的成立对于推进我国空间碎片技术发展,提升空间碎片管理和服务能力,保障我国航天器在轨运行安全,支撑我国航天国际交流与合作,维护我国外空发展权益等具有重要意义。

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  中国国家国防科技工业局局长、国家航天局局长许达哲和中国科学院副院长阴和俊,共同为中国国家航天局空间碎片监测与应用中心挂牌。

  空间碎片是人类在航天活动中遗弃在太空的废弃物,也称“空间垃圾”。主要包括废弃的航天器和运载火箭箭体、固体火箭燃烧物、航天器在轨操作及碰撞解体产生的碎片等。

  “组建中心是贯彻落实总体国家安全观、推动军民深度融合的一项重要举措。”许达哲表示,空间碎片成为影响太空安全的重要因素,中心将充分发挥和利用中国已有的监测设施、人才优势及运行经验,统筹利用国内外各种观测数据,建立自主的空间碎片监测网。

  空间碎片是人类在航天活动中遗弃在太空的废弃物,也称“空间垃圾”。主要包括废弃的航天器和运载火箭箭体、固体火箭燃烧物、航天器在轨操作及碰撞解体产生的碎片等。目前,毫米级以上的空间碎片数以亿计,总质量达到几千吨。空间碎片的平均撞击速度为每秒10公里,厘米级以上空间碎片可导致航天器彻底损坏,毫米级或微米级空间碎片的撞击累积效应将导致航天器性能下降或功能失效。据统计,我国在轨航天器已达129颗,平均每年发生与空间碎片100米以内的近距离危险交会达30余次。此外,每年都有许多空间碎片返回大气层。这些频繁发生的陨落事件,对地面人员和财产安全造成了严重威胁。

  阴和俊介绍,中科院曾于1957年在北京、南京、上海、乌鲁木齐等地建设人造卫星光学观测站和射电观测站,开创了中国空间碎片观测研究。该院目前在“大视场短焦距光学设计”、“全视场动目标扫描与识别”、“智能化跟踪搜索方法”等核心技术上均有突破,为载人航天、探月工程等重大航天工程任务提供了空间碎片监测预警服务。

  新成立的中国国家航天局空间碎片监测与应用中心由国防科工局与中科院共同管理,业务受国防科工局委托和指导,依托中科院国家天文台在空间碎片设备设施和人才队伍方面的技术优势开展相关工作。

  许达哲指出,中心将紧密围绕太空安全和航天发展的重大战略要求,着力加强四大能力建设,即监测和预警能力、技术研究能力、保障卫星安全的服务能力和国际规则制定能力。



2014年5月13日的报道


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