什么是太空垃圾 ？

航空航天与国防实践 什么是太空垃圾？ 太空垃圾是指留在太空中的碎片。大多数太空垃圾是火箭发射材料和废 弃卫星的碎片。 2023年7月 什么上升并不总是下来。1961年，当苏联将第一个人送入太空时，以前的探索工作在那里积累了不到1000件垃圾。几十年后 ，有近30,000件-这个数字只包括可跟踪的作品。随着空间碎片的积累，它对太空旅行和探索构成了越来越大的挑战。它是如何到达那里的，它存在什么样的问题？。 了解更多关于麦肯锡航空航天与国防业务的信息。 太空中有哪些垃圾？ 太空垃圾被正式称为轨道碎片，可以是零散的卫星，将它们带入太空的火箭，导弹的碎片以及宇航员留下的碎屑。空间碎片可以像校车一样大（例如不活跃的Envisat卫星，2002年发射）或像油漆芯片一样小。（正如我们将要看到的，仅仅因为一块太空垃圾很小并不意味着它是无害的。）但是太空垃圾不仅仅是导弹碎片和卫星零件。留下的其他物体包括以下内容： —1965年宇航员EdWhite放错地方的备用手套 —2005年宇航员PiersSellers丢失的铲子 —宇航员SunitaWilliams's在2007年太空行走中漂移的相机 —1969年阿波罗12号任务留下的安迪·沃霍尔的画 垃圾如何进入太空？ 垃圾进入太空的方式与垃圾进入任何地方的方式相同：人们将其放置或留在那里。有时碎片最终会进入太空，因为火箭发射，或者因为没有人费心放下退役的卫星。其他太空垃圾因为事故而到达那里。1965年，两颗卫星爆炸，产生了近500块碎片。15年前，一次碰撞-有史以来在太空中最高的碰撞-产生了3,200多件垃圾。 碎片正在以惊人的速度在太空中积累。自太空探索开始以来，已经发射了超过15,000颗卫星。现在，火箭发射每周进行三次以上，其中许多都部署了多颗卫星。每一次新的发射都有可能产生更多的垃圾。在2000年，太空中大约有8,000个可跟踪的碎片。到2019年，大约有20,000。现 在，仅仅四年后，有将近30,000件比垒球还大的垃圾漂浮在太空中。 空间活动和轨道上物体增加的主要原因是卫星星座的增长。到2015年，在第一颗卫星发射以来的58年里，总共有7500个有效载荷被发射到太空。此后的八年中，发射的卫星总数增加了一倍多。这种增长主要是由SpaceX的Starli计划推动的，该计划占轨道上活跃卫星的50％。 公共和私营部门对太空探索的投资都在猛增。2020年，仅投资者就向私人太空实体提供了约90亿美元。预测更多的投资。现在至少有70个国家拥有太空机构，还有更多国家增加了太空预算。基于由各种私人和私人赞助的拟议太空项目 政府实体，可能有多达12,000颗新卫星发射到太空每年在接下来的十年。对太空探索的兴趣日益浓厚，导致人们更加关注帮助减缓太空垃圾积累的方法。有一件事是肯定的：除非采取措施遏制碎片的积累，否则我们可以期待更多的碎片。随着越来越多的国家和私营公司投资和参与太空研究活动，他们继续制定、批准和遵守支持这些努力的政策至关重要。 了解更多关于麦肯锡航空航天与国防业务的信息。 为什么太空垃圾有潜在危险？ 太空垃圾可能是危险的，因为任何绕地球运行的东西都在快速移动：太空中的碎片以每秒约10公里的速度行进。这比美国大多数高速公路的最高速度快300倍。由于碰撞中的两个物体都会快速移动，相对速度会更高。与这么快的大型物体发生碰撞显然是危险的，但即使是像油漆斑点一样微小的垃圾也可能是一个问题。 以下是太空垃圾可以造成的损害的一些示例： —一个10厘米的物体-一个大的大小 百吉饼——在撞击时可以将一颗普通的卫星分解成碎片。太空中大约有30,000个类似大小的物体（包括太空垃圾和来自彗星或小行星的自然碎片）。 —一个1厘米的物体-Cheerio的大小-可以刺穿覆盖国际空间站（ISS）的保护罩。在太空中，大约有670,000个物体比Cheerio大。 —一毫米的物体-铅笔尖的大小-可能会破坏航天器在撞击时加电或达到一定高度的能力。太空中有1.7亿个物体比太空大。 这些不仅仅是假设。2021年，当一块两英寸的太空垃圾撞击其中一个部件时，国际空间站遭到了破坏。自2000年以来，国际空间站已经移动了32次，以避免太靠近物体。2015年，事情变得更加戏剧性：国际空间站上的宇航员在被警告有垃圾向他们驶来后，不得不撤离到太空舱。那次事件几乎是一次失误，但随着碎片数量的增加，未来发生碰撞的可能性也在增加。 尽管太空中的碰撞是真正的危险，但太空垃圾重新进入地球轨道并在地面上造成破坏的可能性相对较低。这是由于太空垃圾重新进入地球大气层时发生的反应：产生的热量和气体是如此强烈，以至于垃圾通常会在此过程中燃烧。 如何防止太空垃圾的进一步积累？ 随着政府和私营部门加大太空探索力度，我们可以预期会积累更多的太空垃圾。由于我们已经看到了显着的增长，联合国和平利用外层空间委员会（COPUS）和欧洲航天局（ESA）等实体已经在合作制定太空旅行，卫星脱轨和 清除垃圾。政府的其他努力包括美国的《空间政策指令3 》和《轨道碎片实施计划》。除此之外，两个非政府组织正在开展其他空间交通管理工作 和公司。 联合国在50年前编纂了关于空间活动的建议。但是这些建议并没有解决当前的一些空间挑战。原因如下: —这些建议是在许多技术进步之前提出的，这些技术进步导致了太空活动的大量增加（以及更多的太空垃圾）。 —各国没有义务遵循它们。 —该指南并未解决删除已经在太空中不活跃的卫星的问题。 太空垃圾问题如何解决？太空垃圾可以从太空中清除吗？ 垃圾可以在太空中保留数十年，数百年甚至数千年，这取决于它与地球的距离。高度在300公里以下的极低地球轨道（LEO）中的太空垃圾将在相对较短的时间内自行重新进入大气层。较高轨道上的垃圾可能会无限期地留在太空中。 可持续空间行动应包括四个组成部分：对环境的认识，独立各方之间活动的协调，尽量减少空间垃圾的增长以及清除碎片。 1.提高意识 太空行动中涉及的大部分碰撞风险是由于缺乏能够跟踪物体和碎片的可靠数据。改进观测技术和提高跟踪模型的准确性将使这一点变得更加容易。增强的政府和商业跟踪系统将有助于解决方案，但卫星运营商之间也需要更好的信息共享。（也就是说，跟踪并非在所有情况下都起作用：当太空垃圾像油漆芯片一样小时，跟踪变得几乎不可能。). 2.更好的协调 随着空间交通的增长，对潜在碰撞作出反应的最佳做法将变得越来越重要。当前的系统依赖于操作员手动监视单个卫星的状态，并分别与其他操作员联系以计划回避行动。随着活跃卫星数量的增加，可能需要包括自动化和既定的“通行权”在内的新方法 。 3.尽量减少碎片生长 尽量减少碎片的增长对维持空间环境至关重要。这可以通过监管、自愿行动和国际协议的结合来实现 。监管行动可能包括 作为许可的一部分，增强了处置/脱离轨道计划。自愿行动包括先发制人地对故障卫星进行脱轨和积极清除不活动卫星。 4.碎片缓解和清除 太空中的大多数碎片都无法操纵，因为它已经失效或者是较大卫星的碎片。对于这些物体，被动脱轨 -等待它们自己重新进入大气层-是它们目前唯一可以脱轨的方法。物体被动脱轨的时间可能很长：对于更高轨道的物体，可能需要长达几个世纪的时间 。 主动离轨碎片包括收集碎片并将其移动到较低的轨道上，从该轨道上可以更快地自行离轨。不幸的是 ，主动离轨不是一项小任务，无论我们是在谈论大型已失效的卫星还是只是一个油漆芯片。鱼叉，磁铁，激光甚至弹弓都在探索捕获太空垃圾并将其带入LEO的可能方法。 更具挑战性的是组织国家和实体清理空间。目前尚不清楚谁将为清理空间付费。更重要的是，太空中的物体是由包括所有主要航天国家在内的136个国家签署的《外层空间条约》定义的，是把它们放在那里的国家的主权领土。即使是仁慈的垃圾收集者也无法在未经拥有垃圾的人同意的情况下清理空间 。 了解更多关于麦肯锡的航空航天与国防实践，并查看航空航天相关的工作机会，如果你有兴趣工作 在麦肯锡。文章引用 ： —“太空经济将如何改变世界？”，2022年11月28 日，RyanBrukardt —“麦肯锡为孩子们：太空垃圾-它不在这个世界上” ，2022年7月13日 —“空间在推动地球可持续发展，安全和发展中的作用”，2022年5月19日，RyanBrukardt，JesseKlempner，DanielPacthod和BrookeStokes —“全球空间”，2022年4月20日，瑞安·布鲁卡特 ，杰西·克伦普纳，布鲁克·斯托克斯和玛丽·凯特·沃恩 —“2030年的外层空间”，2022年3月29日，克里斯·戴尼克，杰西·哈灵顿和杰西·克伦普纳 —“用卫星数据建造一个更好的星球”，2022年2月4日，彼得·普拉策和贾尼克·汤姆森 —“从太空看地球：卫星图像的力量”，2021年12月13日，RobbieSchingler和ChrisDaehnick —“看看下面：轨道上的太空碎片会发生什么？”，2021年10月1日，克里斯·戴尼克和杰西·哈灵顿 —“华尔街到任务控制：太空旅游能有回报吗？”，2021年5月12日，克里斯·戴尼克和杰西·哈灵顿 版权所有©2023麦肯锡公司。保留所有权利。