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发信人: yufei (随风飘荡), 信区: AerospaceScience
标 题: 空间碎片环境模型(三)
发信站: 紫 丁 香 (Wed Sep 1 20:35:37 1999), 转信
3 空间碎片环境未来发展趋势
利用上述长期模型研究的结果表明，未来空间碎片环境的发展趋势可
归纳如下：
(1) 如果继续保持现在的空间发射频度，碎片总数将会加速上升，以
至达到无法控制的地步。这是因为较大碎片之间的碰撞将日益增加；
(2) 从目前碎片的大小和体积看，爆炸产生的碎裂物是空间碎片的主
要来源。在超过一定时间后，碰撞碎裂物可能在总数中占多数；
(3) 如果出现碎裂物占多数的情况，便会产生碰撞的连锁反应，即碰
撞碎裂物间再次发生碰撞，于是碎片总数将会成倍增加；
(4) 减少爆炸可减少空间碎片的数量，但不能防止碰撞连锁反应，因
为碰撞连锁反应是由轨道中的总质量和大碎片的数量决定的；
(5) 只有限制低轨道上总的质量积累才能防止碰撞连锁反应；
(6) 根据预测，在未来的某一时刻，碰撞碎裂物在碎片环境中将占多
数，如果没有开发和掌握一定的技术，将无法阻止此种环境增长。因此，
应当在出现这种情况之前就采取缓减措施。
4 空间碎片风险评估
空间碎片风险是指轨道上正在工作的航天器与空间碎片发生碰撞的概
率及其后果，或称碰撞风险。空间碎片环境模型的主要用途之一就是评估
空间碎片碰撞风险；
影响碰撞概率大小的主要因素为：① 空间碎片的密度；②碎片与航天
器之间的相对速度；③ 航天器和碎片的横截面积；④ 在轨飞行时间。
4.1 低轨道上碰撞风险评估
碰撞的后果主要取决于两相碰物体的质量和结构。航天器与碎片之间
的碰撞概率与轨道高度有关。一般说来，在低轨道上，航天器与碎片碰撞
的概率比在地球静止轨道上高一个数量级。
空间碎片风险的评估已正式应用于提高空间活动的安全性，特别是在
确保每次航天飞机轨道飞行的安全，为国际空间站设计空间碎片的防护层，
为大型无人航天器设计防护屏蔽以及在通信卫星星座的系统设计中，都起
到了现实的重要作用。
4.2 地球静止轨道上碰撞风险评估
从目前掌握的资料看，地球静止轨道(GEO)及其附近存在的人造空间物
体只有航天器和火箭末级(空间碎片)。这些物体数量不多，它们在空间的
分布极为稀疏，碎片之间相距很远，而且相对速度较低，约为500m/s，因
此在地球静止轨道上发生碰撞的概率相当小。此外，寿命终止的航天器和
废弃的火箭末级大多被送入高于或低于GEO的轨道上，因此，其轨道与GEO
相交的空间碎片的数量的增加是十分缓慢的。
定点在某些经度上的静止卫星，相互之间距离很近，发生碰撞的概率
无疑大大提高，但是这种碰撞危险不是随机性的，而是可以确定的，完全
可以通过控制卫星进行变轨机动加以消除。同时，由于航天器与碎片的数
量均很少，且相互之间距离甚远，地面可以有足够的时间来测量和计算工
作中的卫星与碎片之间距离的变化，必要时能及时采取回避措施。
GEO上直径小于1 m的空间碎片由于地面观测不到，其数量及分布情况
还不太了解。目前已知在GEO上曾发生过两次碎裂事件，也可能还有其他
碎裂事件发生过，但未观测到。由于原始资料不足，为了评估GEO空间碎
片的碰撞风险，还需要进行更多的观测，获取必要的数据，同时也需要研
究一种能把非随机因素考虑进去估算碰撞概率的新方法。
据初步估算，目前在地球静止轨道上，中等大小的卫星运行一年的碰
撞概率为10-5，换言之，即卫星在轨道上运行10万年才会碰撞一次，可见
碰撞概率是很小的。
根据数学模型测算，一个像国际空间站大小、横截面积约为5 000m2
的航天器，在近地轨道上运行10年期间，将受到小空间碎片(直径为0.1cm
~1cm)的碰撞50次~500次，受中等大小空间碎片(直径＞1cm)的碰撞1次
(10年前的测算结果是运行20年才碰撞一次)。未来，随着进入空间的人造
物体的增加，空间碎片的数目相应增加，碰撞次数也将与日俱增。对于载
人航天，特别是国际空间站这种大型航天器，这一潜在的威胁离现实越来
越近了!
空间碎片问题已引起国际空间界，特别是国际空间站的成员国(或组
织)的密切关注。美国、俄罗斯、欧空局、日本以及德、法等国都进行了
大量有关空间碎片的研究。空间碎片与空间活动的安全关系密切。我国在
继续跟踪研究国外载人航天和国际空间站的同时，也应该开展对空间碎片
环境的监测和建模的研究。
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会挽雕弓如满月，
西北望，射天狼。
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