凯斯勒综合征

在所有近地轨道的人造卫星中，95%是太空垃圾-火箭推进器，废弃的卫星，碰撞和爆炸产生的碎片。如果我们找不到清理的方法，所有这些碎片都会对正在运行的卫星和未来的太空旅行构成潜在威胁。

在过去的一年里，我们已经看到了太空垃圾的危险:2021年5月，中国长征五号b火箭的一块巨大的、无法控制的碎片飞回了地球，在六月国际空间站的机械臂被刺穿幸运的是，幸运的是，一个神秘的太空垃圾碎片没有影响飞船的运行，也没有影响飞船上的7名宇航员。

然后，更糟糕的是，一个俄罗斯反卫星武器试验去年11月，当它与一颗“死亡”间谍卫星发射时，给航天界带来了冲击波，1500个新碎片在近地轨道上摇摆。

减少轨道上太空垃圾数量的必要性是显而易见的，而且已经有了令人难以置信的研究来寻找方法，从追踪太空垃圾到移动天文台而且雷达,回收太空垃圾变成火箭燃料或者完全去掉它猎杀卫星而且激光．

这些都是为了避免凯斯勒综合征——2019年的主题国际科学电影节条目凯斯勒综合症:空间碎片问题．它描述了毁灭性的多米诺骨牌效应，当轨道上发生碰撞时，可能会产生失控的放射性沉降物瀑布，继续使我们已经拥挤的近地轨道超载。

这部电影解释了凯斯勒综合症背后的科学，主角是天体物理学家唐纳德·凯斯勒博士，这一现象也是以他的名字命名的。继续往下读，了解更多关于凯斯勒的信息，以及他是如何预测太空垃圾的可怕威胁的。

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在尼尔·斯蒂芬森2015年的小说中Seveneves，他想象地球的月亮碎成七块。作为一部科幻小说，这一事件当然会给地球上的每个人带来可怕的后果。

但是，如果月球破碎后留下的太空碎片云的想法似乎是异想天开，那就再想想吧。根据美国宇航局的数据，截至2021年5月26日，约有2.3万枚碎片“比垒球还大”(大于10厘米)，以超过28000公里/小时的速度绕地球运行——“速度足以让一个相对较小的轨道碎片破坏卫星或航天器”。

但是等等，还有更多——更多。埃隆·马斯克、杰夫·贝佐斯、理查德·布兰森和所有潜在的太空游客(你好，威廉·夏特纳)应该知道，美国宇航局估计有50万块大理石大小或更大的碎片(高达1厘米)，大约1亿块1毫米或更大的碎片。还有更多微米大小的碎片。

其中，只有27000块轨道碎片，也就是所谓的“太空垃圾”，被美国国防部的全球太空监视网络所追踪。

NASA于1979年在德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心建立了轨道碎片项目办公室，以跟踪轨道碎片环境，“支持NASA所有项目和项目的风险评估”，并“评估卫星再入造成人员伤亡的风险”。

这个办公室主要是1978年的产物纸美国天体物理学家唐纳德·凯斯勒的《人造卫星的碰撞频率:碎片带的形成》，在地球物理研究杂志:空间物理．

这篇论文还引发了一种称为“凯斯勒综合症”的现象，凯斯勒在2009年的一篇文章中将其描述为“一个在专业轨道碎片领域之外流行的、从未有过严格定义的轨道碎片术语”。

凯斯勒说，他认为这个词是由他的同事约翰·加巴德(John Gabbard)发明的，他在北美航空防务司令部(NORAD)工作，该司令部“保存了轨道上人造物体的目录，但没有保存轨道上事件的破裂记录”。

他说，加巴德可能是在一次采访中想到这个名字的科普杂志。“这个标签一直存在，成为一些科幻小说故事情节的一部分，成为描述轨道碎片问题的三个字总结。”

凯斯勒在1978年的论文中预测，到2000年左右，地球轨道上已编目的碎片将变得“如此密集，以至于编目的物体将开始因与其他编目物体的随机碰撞而解体，并成为未来碎片的一个重要来源”。

他给出了三个令人担忧的理由。首先，他说，“人们普遍认为，轨道上很少有小到无法编入目录的物体，尽管在目录中没有关于限制大小的定义。论文说明，即使这个假设是正确的，未来编目物体之间的碰撞将产生大量的小碎片碎片。与第一次碰撞后的自然流星体环境相比，这种少量碎片对其他航天器的危害更大。”

接下来，他说，每次碰撞还会产生几百个大到足以分类的物体，增加了未来碰撞破裂的发生率——“导致碰撞率和碎片数量呈指数级增长”。

最后，他说，“防止这种指数增长的唯一方法是减少火箭主体和非操作航天器在使用寿命结束后留在轨道上的数量。”

加巴德非正式地记录了主要的卫星解体事件，这在后来被证明对了解较小轨道碎片的来源非常有用。凯斯勒说:“约翰以一种我们现在称之为‘加巴德图’的图表来描述这些事件而闻名。”

唐纳德·凯斯勒出生于1940年，在德克萨斯州长大。1962年，他在约翰逊航天中心为美国宇航局工作;三年后，他获得了休斯顿大学物理学荣誉学士学位。

1990年，作为NASA轨道碎片研究的资深科学家，他协调了该机构的轨道碎片研究项目。尽管他已于1996年退休，但81岁的他仍在为各种组织和个人提供有关轨道碎片问题的建议。

这是一项值得做的工作，正如美国宇航局所说，“在这样的速度下飞行时，即使是很小的油漆斑点也会损坏航天器”。

“一些航天飞机的窗户被更换了，因为经分析发现是油漆斑点的材料造成了损坏。事实上，毫米大小的轨道碎片对大多数在近地轨道运行的机器人航天器来说是任务结束的最高风险。”

1996年，美国宇航局报告说，一颗法国卫星被十年前法国火箭爆炸的碎片击中并损坏。2009年2月10日，一颗报废的俄罗斯卫星与一颗正在运行的美国通信卫星相撞并摧毁。

英国广播公司最近报道了2021年3月发生的一起事故，2019年9月发射的中国军用卫星云海1-02与“1996年9月发射俄罗斯间谍卫星Tselina-2的天顶2号火箭上的一小块空间垃圾——可能是10-50厘米宽的碎片”相撞后受损。

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