低地球轨道日益拥挤,研究警告连锁碰撞与太阳风暴或触发快速失控风险

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低地球轨道正从相对“清静”的科研空间,转变为高度密集的运行区域。随着大量卫星与碎片持续在轨运行,研究人员警告称,一旦出现操控能力中断或遭遇强烈空间天气扰动,低轨环境可能在短时间内发生重大碰撞,并进一步引发碎片增殖的连锁反应,影响依赖卫星网络的通信、导航等服务。

多项研究将风险描述为“时间窗口”问题。研究指出,若卫星运营商突然失去对航天器的控制与规避指令能力,低轨道可能在不到三天内出现首次灾难性碰撞,并可能触发长期的“凯斯勒式”连锁反应。随着发射活动加速、星座规模扩大,相关机构也在调整安全规则以应对不断上升的运行压力。

从数量看,分析师估计目前在轨活跃卫星约为1.5万颗,且随着商业宽带网络与地球观测星座扩张,该数字预计将显著上升。与此同时,欧洲航天局报告称,可追踪的太空碎片约有4万个,来源包括废弃卫星与火箭残骸等。这些物体以轨道速度运行,对在轨航天器构成穿透性风险。

推动拥堵加剧的因素之一是新一代大型卫星星座。星链被视为这一趋势的代表:截至1月,其低轨卫星数量已超过9422颗。研究人员在回溯分析2018年的碰撞相关数据(当时星链尚未形成当前规模)后指出,近距离接近事件的预期频率已明显高于早期模型的预测。

关于“失控后多久会发生重大碰撞”,一支研究团队测算称,截至2025年中,若运营商无法发送规避指令,低轨道首次重大碰撞可能在约2.8天内发生。研究认为,这一时间尺度几乎不足以完成故障诊断与跨机构协调,而一旦发生碰撞,新增碎片将进一步抬升后续风险。

除控制中断外,外部冲击也可能加速风险累积。有分析指出,强烈太阳风暴可能使卫星偏离预定轨道,从而触发连锁碰撞;研究人员估计,从重大扰动开始到碰撞率变得难以控制,运营商可能只有约5.5天的应对时间。另有关于极端空间天气的研究称,地球大约有三天时间应对严重太阳风暴,之后卫星以及欧洲和北美的电网可能开始遭受破坏。

风险外溢也引发对航空安全的关注。研究人员警告,随着更多硬件发射与退役,碎片再入并穿越繁忙空域的概率上升,飞机遭遇坠落碎片的风险随之增加。相关警告提到,2026年空间碎片坠落穿越空域的总体风险呈上升趋势,已促使航空管理部门重新审视长途航线规划。

监管层面已出现应对动作。1月初,谷歌发布的指导文件提及,美国联邦航空管理局已向航空公司提示在航线规划中规避太空碎片风险,包括必要时进行临近起飞前的航线调整。安全官员将无人控制的再入事件视作一种新的“天气式”风险:当大型火箭残骸或卫星预计坠落在繁忙航线上空时,相关航班可能被迫改道或延误。

卫星运营商也在调整策略,但相关措施可能带来新的运行复杂性。1月的报道指出,面对轨道拥挤,SpaceX计划在2026年将数千颗星链卫星移近地球。技术简报称,活跃太阳活动会使上层大气变厚、阻力增加,公司因此降低约4400颗航天器的轨道高度,以便在失控情况下更快衰减再入。

支持者认为降低轨道有助于减少长期碎片滞留,但也可能使交通进一步集中在已较繁忙的高度带。工程分析指出,这将意味着更频繁的规避机动、更高的燃料消耗,以及对精确跟踪数据的更高需求,以避免近距离接近演变为碰撞。

在卫星数量持续增长的背景下,维持轨道运行秩序越来越依赖自动化。相关分析认为,随着在轨卫星预计从当前约1.5万颗增长至数十万颗,人类逐次介入每一次机动将变得不可行;但同时,依赖算法进行避碰也带来潜在失效风险。研究人员据此强调,一旦出现系统性故障或外部扰动,低轨环境可能在极短时间内进入难以控制的状态。


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