空间碎片问题的起源、现状和发展

作者：汤靖师, 程昊文

本文选自《物理》2021年第5期

摘要

字面意义上的空间碎片指的是解体产生的碎片，但一般也包含火箭残骸、废弃卫星等各类无功能人造物体。随着人类探索、利用太空的步伐，空间碎片逐渐开始成为影响并威胁人类空间活动不可避免的问题。文章主要介绍空间碎片问题的起源、当前的状况、人们如何应对以及未来可能遇到的问题。

关键词

空间碎片，空间环境，卫星碰撞，超大规模星座，凯斯勒效应

1 什么是空间碎片

空间碎片有时又称为空间垃圾、空间目标等。从字面来看，这三者的含义并不相同。但从潜在的威胁、数据处理流程来看，特定的物体是卫星还是碎片、是工作卫星还是弃置卫星并没有十分显著的区别，而且逻辑上这三者之间也存在联系。

因此，在空间碎片的问题上，三者的问题是相通的，有时也用空间碎片代指空间中所有在轨的物体，既包括卫星解体造成的碎片，一般也包括火箭末级、弃置卫星等废弃的航天器，而且非严格意义上有时也包括在轨正常工作的卫星。

2 空间碎片的起源和发展

2.1 空间碎片的产生

空间碎片伴随着人类空间活动的开展而产生。1957年，前苏联发射了第一颗人造卫星斯普特尼克一号(Sputnik 1，或称卫星一号)，由此拉开了人类空间活动的序幕。自然地，斯普特尼克一号也被赋予空间物体的前两个编号。北美防空司令部(NORAD)将斯普特尼克一号的火箭和卫星分别编号为00001和00002。

2.2 空间碎片问题的发展

从1957年发射斯普特尼克一号开始，越来越多的人造物体被送入太空。

图1展示的是截至2017年，美俄及其他国家和机构发射的航天器数量。关于空间碎片数量的统计，不同机构有不同的统计口径和估计模型。据欧空局统计，从1957年至2021年1月，人类共成功发射火箭6000余次，送入地球轨道的卫星超过10000颗。这些卫星中，约有6250颗卫星仍然在轨，其中约有3600个仍在工作。

据此统计，目前被空间碎片监测网络定期跟踪、编目的碎片超过28000个，近地轨道人造物体的总质量超过了9200吨。

3 如何应对空间碎片

空间碎片对人类空间活动构成的切实威胁，让人们不得不认真考虑应对空间碎片的必要性和严肃性。

1993年，世界主要航天国家成立了机构间空间碎片协调委员会(Inter-Agency Space Debris Coordination Committee，IADC)，作为成员机构间交换空间碎片研究信息、推进空间碎片方面合作等活动的政府间平台。

1999年，联合国和平利用外层空间委员会(United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space)发布了关于空间碎片的技术报告，阐述了空间碎片随着数量增长而对空间活动的威胁。

4 空间碎片问题面临的难点

空间碎片的问题涉及多个学科、领域和部门，这里仅从作者的研究领域出发，提出一些空间碎片的相关研究和执行中的难点。

5 总结与展望

空间碎片问题起源于人类对太空的探索和利用，也必将伴随着人类的空间活动持续下去。要保证未来空间活动可持续地开展，人们必须面对和解决一系列问题，比如如何有效处置、弃置寿命末期卫星等废弃物体，如何跟踪、监测和管理空间碎片等目标。这些问题虽是空间活动不可避免的，但也不必惊慌或悲观。

在本文最终成稿时，担负发射“天和”核心舱的长征五号B遥二运载火箭末级残骸在经历过一阵“火箭撞地球”的喧闹之后刚刚再入大气层烧蚀销毁。这个普通的火箭末级弃置和再入因为各种原因吸引了全世界的目光。若能由此喧嚣引起大众对空间碎片问题的关注，意识到无序地空间管理、掠夺地卫星发射带来的危害，或许不失为一件好事。