坠落地球的太空垃圾如何帮助对抗轨道碎片 _地球

后来，在澳大利亚发现的一些太空垃圾块被确认为SpaceX的Crew-1国际空间站任务的残留物，该任务于2020年11月发射，2021 5月返回地球。（图片来源：Brad Tucker，作者提供）
据美国太空网（By Leonard David）：人们在地球上发现了越来越多的太空垃圾碎片。多年来，一些从坠落的火箭体和航天器中回收的残骸被拖到研究设施进行了仔细检查。
对这些太空碎片的近距离观察有助于对炽热和破坏性再入过程的研究。
例如，科学家们正在努力推进设计替代方案，使即将到来的太空硬件在穿过地球大气层的过程中更充分地解体——用该领域的说法，这是“设计消亡” 。
拼图块
“当你把这些碎片拿回来的时候，肯定会有一些有趣的信息， ”航空航天公司太空创新局的技术研究员、该非营利组织轨道和再入碎片研究中心（CORDS）的执行主任马龙·索格（Marlon Sorge）说。
Sorge告诉Space.com：“试图理解再入过程非常像试图拼凑拼图，但你没有大部分拼图。”正在进行的工作可以帮助研究人员更好地了解即将到来的硬件在地球大气层中急剧下降时所经历的情况。
Sorge指出，在某些情况下，一个很大的优势是了解硬件在发布前的样子。加上碎片坠落的位置，研究人员可以重建硬件从轨道上坠落的轨迹。

1997年1月，德尔塔2号运载火箭第二级的主推进剂箱降落在德克萨斯州乔治敦附近。（图片来源：NASA轨道碎片计划办公室）
在潜水中幸存
一片太空垃圾如何能在那次戏剧性的俯冲中幸存下来？当一块碎片在飞往地球的途中经历高速加热时，它内部发生了什么样的事情？
Sorge说：“当然，在设计上有一些明显的禁忌，比如使用钛。” 。“我们有几个球形（钛）坦克从太空中掉了下来。除了有点脏，它们看起来就像是有人把它们放在了地上。”
索奇补充道，这一信息很明显：不要使用会存活下来的材料。
CelesTrak网站的站长T.S.Kelso同意，从回收的太空垃圾中学习是一个加分项。CelesTrak是一个在线资源，有助于了解轨道环境以及如何安全和负责任地使用外层空间。
凯尔索说：“我们认为可能到达地面的东西与实际发生的事情是如何一致的，这似乎当然值得进行研究。” 。
凯尔索说，拾取再入物体的碎片可以帮助卫星设计师建造火箭和航天器， “这些火箭和航天器对地球表面附近或表面上的物体造成的风险较小” 。
公众意识
LeoLabs公司的高级技术人员达伦·麦克奈特（Darren McKnight）也为即将到来的碎片诊断增添了自己的声音。该公司在全球范围内建造了雷达，以提供独特的测量和数据产品，增强近地轨道的空间安全。
麦克奈特指出，有必要提高公众对日益严重的碎片问题的认识。
麦克奈特说，“上升的东西最终必须下降”，“当它下降时，为了减少轨道碰撞风险，它会多次加速，对航空和地面人员造成致命的碰撞风险。”
McKnight说，地球轨道上的主动碎片清除（ADR）是非常必要的，但这并不是对上面每一大块碎片的正确解决方案。
他说：“好消息是，航空和地面风险是‘一蹴而就’的，但轨道风险仍在继续。通过受控再入的ADR比不受控再入的成本更高，因此，了解何时需要和何时不需要是至关重要的。” 。
热通量
瑞士洛桑理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne）的研究员亚历山大·卢滕（Alexandre Looten）也一直在研究轨道碎片的情况。
Looten指出，研究人员需要了解许多参数，才能充分掌握导致有人在地球上发现太空垃圾的条件。这些参数包括物体的初始质量、绝热保护的性质、轨道速度、再入飞行路径角和破裂顺序等。
Looten说：“从所有这些案例中可以清楚地看到，碳纤维增强塑料（CFRP）包裹物通常仍然紧密地附着在一起，尽管基体部分主要已经热解。” 。
热解是指通过加热使材料分解。Looten告诉space.com ，只有进入太空垃圾的顶部碳纤维层会发生分层和剥落，这一过程中，由于撞击或应力，材料碎片会从物体中排出。
Looten说：“这清楚地表明，破坏性再入的大部分进入热通量被基质吸收或偏转，这些层退化过程充当了烧蚀热屏蔽。” 。
他补充道：“因此，在通过等离子风洞试验和更具体的材料试验对碳纤维增强塑料热烧蚀过程进行了几次研究之后，社区已经确定了影响这一过程的关键行为和主要材料参数。” 。“这些参数现在被用于创建和改进用于再入伤亡风险评估的特定复合材料消亡模型。”
Looten正在研究最大化“复合材料结构终止”——选择特定的材料组合，以允许航天器外部面板在再入时完全快速分离和消亡。
行动号召
与此同时，一封国际公开信呼吁主要航天机构减少火箭体和其他空间物体失控再入的风险。
去年晚些时候，外层空间研究所（OSI）发布了“关于受控再入协议的多边谈判”的行动呼吁。OSI总部位于温哥华的不列颠哥伦比亚大学。
这封发给世界各地航天机构领导人的信中写道：“太空物体的失控再入给世界各地的人类带来了巨大的、累积的、快速增长的风险。失控的火箭体尤其令人担忧。” 。
信中写道：“我们呼吁你们的机构与你们国家的外交部合作，就受控再入协议启动多边谈判，从火箭体开始。认识到此类谈判需要时间，我们进一步呼吁你们每个国家单方面承诺建立国家受控再入制度。” 。
虽然这封信重点关注了失控的火箭体再入造成的伤亡风险，但它也表明了一个事实，即失控的卫星再入是一个令人担忧的问题，“如果数万颗中型到大型卫星被送入轨道，最终可能会主导伤亡风险。”
OSI公开信建议建立一种再入体制，首先从火箭体开始，然后扩展到卫星，以减少所有不受控制的再入风险。
信中总结道：“仅仅希望不受控制的再次入境不会造成伤害，这是一种不可持续的战略。有了领导、合作和全球善意，这些可预防的、因此也是不必要的危险可以大大减少。” 。
需要提前规划
航天公司的Sorge认为，有关再入物体的政策制定和风险评估正在进行中。
索奇说：“我们正在努力追赶，试图弄清楚‘这一切意味着什么？’和‘我们需要做什么才能不让事情变得更糟？’” 。
从索格的观点来看，太空界提前考虑碎片是至关重要的。
Sorge说：“我们在过去有点优雅，因为没有那么多的交通。但现在我们已经到了不一定是这样的地步。” 。“我们需要事先考虑碎片的后果，而不是事后考虑。”