太空碎片越来越频繁地降落。 它可能击中某人或损坏财产的可能性有多大?

信用:布拉德塔克,作者提供

仅在过去一周,我们就目睹了两起不同的太空碎片在意想不到的地方飞回地球的事件。

周六,中国长征五号乙型火箭在马来西亚上空失控返回。 昨天,媒体报道了一些航天器部件, 出现 在新南威尔士州地区——现在 确认的 来自 SpaceX Crew-1 任务。

随着航天工业的发展,可以肯定地说此类事件只会变得更加频繁——而且它们可能会带来风险。 但究竟有多大的风险?

大块金属向我们飞来

空间碎片是指不再需要的空间系统的剩余组件。 它可能是一颗已达到其寿命终点的卫星(例如国际空间站),或者是已完成其目的并被丢弃的火箭系统的一部分。

迄今为止,中国已经发射了三枚长征五号乙火箭,每枚火箭都被故意留在不受控制的轨道上。 这意味着没有办法知道他们会降落在哪里。

至于在雪山发现的 SpaceX 碎片,SpaceX 以可控的方式将其火箭部件脱离轨道,并设计其他部件在重新进入地球大气层时燃烧。 但正如您从最新消息中看到的那样,这些事情并不总是按计划进行。

那么太空碎片到底有多危险呢?

好吧,据我们所知,只有一个人被它击中过。 Lottie Williams,俄克拉荷马州塔尔萨市的居民, 曾是 击中 1997 年的一块。它大约有她的手那么大,被认为来自 Delta II 火箭。 她把它捡起来,带回家,第二天向当局报告。

然而,随着越来越多的物体进入太空并返回,某人或某物被击中的机会正在增加。 对于像长征五号B这样的大型不受控制的物体尤其如此。

该型号火箭已发射了 3 次:

那我应该担心吗?

对空间碎片击中某人的可能性有许多不同的估计,但大多数都在 万分之一 范围。 这是世界上任何地方任何人被击中的机会。 但是,特定人(例如您或我)被击中的机会是 万亿分之一.

这些估计背后有几个因素,但我们现在只关注一个关键因素。 下图显示了最近的长征五号B-Y3火箭最后24小时的轨道路径(不同的物体采用不同的轨道路径),以及用红色标记的再入位置。

如您所见,火箭在陆地上空运行了很长时间。

具体来说,在这些轨道上,飞行器大约有 20% 的时间在陆地上。 一个广泛的估计告诉我们 20% 的土地有人居住,这意味着长征五号乙再进入有人居住的地区有 4% 的机会。

这可能看起来相当高。 但是当你考虑到有多少“有人居住的土地”实际上被人类覆盖时,受伤或死亡的可能性就会大大降低。

另一方面,财产损失的可能性更高。 对于长征五号B的任何特定重新进入,它可能高达1%。

此外,空间碎片带来的总体风险将随着发射和重新进入大气层的物体数量的增加而增加。 世界各地的公司和航天机构目前的计划涉及更多的发射。

中国的天宫空间站是 由于 年底前完成。 和韩国最近 变成了 第七个发射重于一吨的卫星有效载荷的国家——计划 扩张 它的空间部门(随着 日本、俄罗斯、印度和阿拉伯联合酋长国)。

被击中的机会很可能只会增加(但希望保持很小)。

我们怎样做好准备?

想到两个问题:

  1. 我们可以预测碎片重新进入吗?
  2. 我们可以做些什么来降低风险?

让我们从预测开始。 预测不受控制的轨道上的物体将重新进入地球大气层的位置可能极具挑战性。 一般的经验法则是,估计再入时间的不确定性将在剩余轨道时间的 10% 到 20% 之间。

这意味着一个预计再入时间为 10 小时的物体将具有大约 1 小时的不确定性余量。 因此,如果一个物体每 60 到 90 分钟绕地球一圈,它几乎可以进入任何地方。

改善这种不确定性边际是一个巨大的挑战,需要大量的研究。 即便如此,我们也不太可能比 1000 公里范围内更准确地预测物体的再入位置。

降低风险的方法

降低风险是一项挑战,但有几种选择。

首先,所有发射到地球轨道的物体都应该有一个安全脱离轨道进入无人区的计划。 这通常是 SPOUA(南太平洋无人区)——也被称为“航天器墓地”。

还可以选择仔细设计组件,以便它们在重新进入时完全分解。 如果所有东西在到达高层大气时都燃烧殆尽,那么就不会再有重大风险了。

已经有一些准则要求将空间碎片风险最小化,例如 联合国准则 外层空间活动的长期可持续性——但没有具体说明这些机制。

此外,这些准则怎样在国际上适用,谁可以执行它们? 此类问题仍未得到解答。

综上所述,你应该担心被太空碎片击中吗? 目前,没有。 对空间碎片的进一步研究对未来重要吗? 绝对地。