也是时候开始担心月球周围的太空垃圾了

拓破天峙

阿波罗16号助推器撞击。鸣谢:美国宇航局

（）据《今日宇宙》（大卫·迪金森）：那里越来越拥挤了。军事、商业和科学发射的增加，加上rideshare cubesat发射成本的降低，意味着未来几年要处理更多的太空垃圾。我们不只是在谈论近地轨道。月球和顺月(近月空间)也将变得繁忙。

虽然我们跟踪并了解(大部分)低地球轨道(LEO)中有什么，但我们经常无法跟踪中高(地球静止/地球同步轨道)及以上轨道中有什么。月球周围的情况更是如此，在未来几年里，月球将成为一个繁忙的地方。现在，普渡大学最近的一项研究正在寻找模拟和跟踪月球周围的空间碎片，着眼于减缓。



美国太空部队随时间模拟的空间碎片。红色物体在低地球轨道，而绿色物体穿过地球轨道到达顺月空间。鸣谢:普渡大学/卡罗琳·弗鲁

追踪月球空间碎片

由Carolin Frueh领导的这项研究将为追踪月球附近天空中的主要区域和区域提供资产，以执行这样的任务。这项研究还指出使用“四体几何学”来模拟轨道随时间的演化。

跟踪和避免碎片已经是国际空间站在低地球轨道上经常遇到的问题。这也是未来探月任务必须面对的问题。

“目前，还没有太多的任务进入(顺月)空间，”Carolin Frueh(普渡大学)告诉《今日宇宙》。“从这个角度来看，我们‘知道正在发生什么’，但由于我们(还)没有在该区域建立监测，我们缺乏大量信息，特别是关于进入该区域的深空物体和碎片物体的信息。”

顺月空间中的千钧一发

最近的事件凸显了月球周围的事情是多么的繁忙。最近在2022年初发生在月球远端的月球火箭助推器坠毁就是这样一个例子。最初被认为属于SpaceX公司，后来被确认为属于中国的长征火箭上面级。

说到千钧一发，美国国家航空航天局古老的月球勘测轨道飞行器(LRO)最近被韩国探路者月球轨道飞行器(KPLO)的ShadowCam仪器在仅18公里的范围内发现。



KLPO的ShadowCam看到了美国国家航空航天局的LRO号飞船的模糊图像。

四体问题

地球和月球之间的空间鸿沟是巨大的。这个区域大约有25万英里宽，负责追踪太空垃圾的陆基雷达和望远镜也管理不善。环绕地球(或更好的是月球)轨道上的太空资产会做得更好，尽管目前还没有。

“近地环境由地球主导，对于卫星，我们称之为两体几何，”Frueh说。“在地球同步区域的显著上方，月球的引力不仅仅是两体轨道上的小扰动，我们称之为三体几何学。当考虑到地球、月球和太阳的引力效应时，四体几何学开始发挥作用。由于太阳是一个巨大的引力体，它当然是对二体和三体轨道的扰动。当我们想要评估物体在近期和中期是停留在顺月(地球-月球)区域，还是将离开该区域(然而，可能在更晚的时间返回)时，四体几何学尤其相关。”

Frueh使用光变曲线来预测地球轨道上卫星即将发生的分裂事件。这也可以适用于月球。

“在我自己的工作中，我利用四体几何来评估cis-lunar领域的光电(太空望远镜)监视选项，”Frueh说。“在这里，三体近似中的天体动力学已经足够好了，但我使用了四体几何来获得EO(电光)传感器所需的近似范围内的太阳光照条件。”

未来繁忙的十年

从日心轨道返回的太空垃圾通常作为临时卫星进入月球或地球轨道。J002E3就是这样一个例子，它被证明是阿波罗12号的助推器。另一颗是小行星2010 QW1，后来被确认为中国嫦娥二号任务中的长征-3C上面级。

“是的，以太阳为中心的物体可能会回到cis-lunar领域，”Frueh说。“因此，在评估‘离开cis-lunar区域’的处置方案时，必须考虑在(更)晚的时间返回。”



在一个多月的时间里，爆炸的宇宙飞船碎片在月球附近的扩散。鸣谢:普渡大学/Ariel Black/Carolin Frueh

未来十年的登月任务包括载人的阿尔特弥斯任务。接下来是明年的阿尔特弥斯二号登月计划，以及2025年的阿尔特弥斯三号登月计划。美国宇航局的蝰蛇漫游者将于2024年前往月球。天体机器人和直觉机器最早将于今年晚些时候登陆月球。此外，载人月球门户轨道前哨计划于2025年底。

改善跟踪和探测，最好是通过一个原地月球跟踪网络是至关重要的。“为cis-lunar地区建立一个全面的监视系统是目前非常活跃的研究和发展领域，”Frueh说。

进入阿尔特弥斯协议

29个国家于2020年签署的《阿耳特弥斯协议》直接涉及应对日益严重的空间碎片问题的必要性。

许多国际机构也押注于“月球经济”的增长。这将增加未来几年月球交通的工作量。许多公司正等着开发月球资源，包括经济和科学资源。为此，欧洲航天局(ESA)也在寻求建立月光，这是一个围绕月球的独立通信网络。这个由三到四颗卫星(加上在轨备件)组成的网络最早将于2025年到位。

随着人类在未来十年大规模重返月球，我们将有一次机会来正确处理并控制月球周围的碎片。