追踪无法探测的太空垃圾

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追踪无法探测的太空垃圾。信用:Pixabay/CC0公共领域

（）据密执安大学（德里克·史密斯）：使用密歇根大学研究人员提出的一种方法，卫星和宇宙飞船的操作者最终可能能够探测到围绕地球运行的小碎片。

“现在，我们通过寻找反射光或雷达信号的物体来检测空间碎片，”密歇根大学团队的首席研究员、气候与空间科学、工程和航空航天工程教授尼尔通·雷诺说。“物体变得越小，就越难获得足够强的阳光或雷达信号来从地面探测它们。”

今天，比垒球大的物体是这种“太空垃圾”中唯一可追踪的碎片，这还不到火箭发射、太空行走和报废卫星留下的近1.7亿块垃圾的1%。这种新方法可以探测到直径小于1毫米的碎片——类似于铅笔芯的厚度。

雷诺将于12月5日在第二届国际轨道碎片会议上与气候和空间科学与工程博士后研究员张赟一起展示这些发现。这些结果是第一批来自一个更大的合作项目，智能高级研究项目活动的空间碎片识别和跟踪计划。该项目由军事承包商Blue Halo领导，包括阿拉斯加大学费尔班克斯分校。

太空垃圾不仅难看，还很危险。在典型的轨道速度为每小时22，000英里的情况下，一块李子大小的空间碎片可能会撞击另一个物体，其能量相当于高速公路上的一场车祸，可能会使一颗卫星无法运行。甚至更小的碎片也会损坏航天器，因此跟踪它们对于需要采取规避行动的卫星和航天器来说是至关重要的。

地球轨道变得越来越混乱，这使得保护卫星更加困难。太空碎片经常相互碰撞，结果会将较大的碎片打碎成无法探测的小碎片。一些专家担心，随着各个碎片不断碰撞，空间碎片的数量可能会呈指数增长，最终对我们依赖的GPS、手机数据、天气监测等基础设施造成严重破坏。

虽然潜在的灾难性，空间碎片之间的碰撞可能被证明是追踪微小太空垃圾的最佳方式。当小块空间碎片碰撞时，它们会爆炸成微小的碎片，其中一些会由于撞击产生的热量而蒸发成带电气体。

“当带电气体和碎片碎片云膨胀时，它会产生闪电一样的能量爆发，类似于摩擦刚洗过的毯子后出现的静电火花产生的信号，”气候和空间科学与工程的助理研究员、该项目的首席科学家莫杰塔巴·阿哈旺-塔夫蒂说。

在这种初始能量爆发之后，每当带电的固体碎片彼此足够靠近时，就会产生电场脉冲，产生额外的闪电状爆发。这些电信号只持续几分之一秒，但它们可以帮助跟踪太空碎片和碎片碰撞时形成的微观碎片云。

根据该团队最近的计算机模拟，当两块铝以典型的轨道速度碰撞时，它们会发出足够强的电爆发，足以让一个26米长的碟形天线通过高质量的无线电接收器从地面进行检测。电场脉冲应该同样可以被更灵敏的无线电阵列探测到，比如美国国家航空航天局的深空网络。

还有很多事情要解决。电信号的频率会随着碰撞的速度和碎片的组成而变化，这可能会使检测变得复杂。为了看到电信号，它们需要比地面仪器的背景信号更强，并穿过地球的高层大气。

该团队计划通过额外的计算机模拟来完善他们的方法，方法是通过美国国家航空航天局深空网络测量真实信号，并分析来自海军研究实验室和美国国家航空航天局艾姆斯研究中心超高速实验的数据。利用该设施的激光，该小组可以在一系列轨道速度下向目标发射不同类型的碎片，并测量撞击产生的电子发射的特征。

如果这样的实验揭示了一种检测空间碎片碰撞时产生的各种电信号的方法，他们不仅可以确定空间碎片的位置，还可以确定它的外观和组成。

“我们想知道一个物体是硬的还是软的，因为这将影响它的轨道和破坏力，”阿哈旺-塔夫提说。