图 2:近地轨道上已编目的物体数量(Kessler 等人,2010 年,第 4 页)该图显示了自人类首次启动太空计划以来物体数量的增长情况。2007 年大幅增加
Metro-Van 垃圾计划中首选的垃圾预测工具是美国灾害协会 (HAZUS) 方法。正如 Metro-Van 垃圾计划中所述,“HAZUS 是一种标准化方法,用于估算地震、洪水、飓风和风造成的潜在损失。加拿大自然资源部 (NRCan) 使用 HAZUS 方法,在加拿大各地建立了地震和洪水模型;这些模型已在不列颠哥伦比亚省的各项举措中使用。HAZUS 使用地理信息系统 (GIS) 绘制和显示灾害数据(表格格式)以及建筑物和基础设施的损坏和经济估算结果。它允许用户从地方、次区域到区域层面估算地震和洪水的影响”3。
Jer-Chyi Liou (NASA) NASA 轨道碎片计划办公室 (ODPO) 是 NASA 总部安全与任务保障办公室 (OSMA) 的一个授权计划。NASA 轨道碎片缓解程序要求 NPR 8715.6E 规定了 ODPO 的角色和职责,包括 (1) 现场以及通过雷达、望远镜和实验室实验收集轨道碎片测量数据,(2) 开发轨道碎片模型和任务支持工具,(3) 评估和记录 NASA 任务是否符合轨道碎片缓解要求,以及 (4) 为美国和国际社会的轨道碎片缓解政策和最佳实践做出贡献。ODPO 的首要任务是表征低地球轨道 (LEO) 中毫米级小型轨道碎片的风险。毫米级轨道碎片对于在 600 至 1000 公里高度运行的航天器而言,是终止任务的最高风险,数百架航天器在此高度运行,但缺乏对环境中如此小碎片的直接测量数据。需要毫米级轨道碎片的直接测量数据来支持制定和实施具有成本效益的防护措施,以确保未来太空任务的安全运行。2018 年美国国家空间交通管理政策、2021 年美国国家轨道碎片研究与发展计划和 2022 年美国国家轨道碎片实施计划也认识到需要解决低地球轨道这一关键数据缺口。自 2020 年代初以来,ODPO 一直在探索各种用于现场测量小型轨道碎片的粒子探测技术。这些努力的成果是与 JAXA 合作研发的多层声学和导电网格传感器 (MACS)。 MACS 结合了几种简单的检测原理,以最大限度地利用从每次碎片检测中提取的信息,从而为对低地球轨道上小型轨道碎片群体的定义进行有意义的改进提供数据。MACS 是一个四层传感系统。第一层是 JAXA 的导电网格薄膜空间碎片监测器 (SDM),第二层和第三层是相同的 Kapton 薄膜,最后一层是低密度合成泡沫板。每层都连接了多个声学传感器,以测量撞击时间和位置。泡沫板上的声学传感器也用于测量撞击动能。所有四层数据的组合提供了有关每个撞击轨道碎片颗粒的大小、质量、密度、撞击时间、速度和方向的信息。自 2017 年以来,ODPO 已与 JAXA 建立了多项代理协议,以开发、测试和优化 MACS 的设计。2022 年确定了在未来的 HTV-X 飞行中对 MACS 进行技术演示的机会,并于 2023 年确认。MACS HTV-X3 技术演示任务由 OSMA、NASA 科学任务理事会赞助,以及国际空间站 (ISS) 计划。HTV-X3 离开国际空间站后的技术演示阶段的任务概况尚未最终确定,但 HTV-X3 可能达到 500 公里的最大高度,持续时间长达 18 个月。HTV-X3 演示为充分完善 MACS 技术准备水平并展示其小碎片探测能力提供了绝佳机会,这将为 ODPO 在不久的将来开展一项任务以解决 600 公里高度以上关键的毫米级轨道碎片数据缺口铺平道路。
4.5 使用 KS 元素进行包括 J 2 、 J 3 和 J 4 的短期轨道预测的解析方法 4.6 用 KS 均匀正则正则元素对 J2、J3、J4 进行解析短期轨道预测
轨道碎片可能会与机组人员和机器人航天器碰撞,使其处于危险之中。从9,000公斤的火箭物体到数百万毫米大小的碎片范围广泛的碎片已导致了类似广泛的拟议作用,以解决碎屑带来的风险。但是,这些行动的成本和收益在历史上尚不清楚。对于选择通过技术开发或政策变化来支持哪些行动的决策者来说,这是一个挑战。NASA的技术,政策和战略办公室正在通过建立能力(1)对每种行动的净现值的完整计算的能力来解决这些技术和经济不确定性,(2)确定降低风险的最佳行动组合,(3)定量分析与空间可持续性相关的策略。本报告描述了我们在这种能力方面的进步,并征求了太空和经济社区的反馈。
在开发执行此类服务的能力时,该任务旨在帮助减轻当前和未来太空任务面临的重大碰撞风险。为进一步推动 IOS 创新并展示太空可持续性的最佳实践,服务航天器还必须能够由潜在的未来任务进行翻新。例如,对限制寿命的因素(如燃料和其他消耗品或因辐射损伤而退化的部件)进行翻新,可能为延长任务运行和从低地球轨道清除更多碎片铺平道路。该任务还必须遵守 IADC(机构间空间碎片协调委员会)空间碎片减缓指南,例如尽量减少在轨解体的可能性、防止在轨碰撞以及确保成功处置的概率至少为 90%。
轨道碎片是指任何绕地球运行的人造太空物体,不再具有任何有用的用途 [1]。轨道碎片对所有太空任务都构成威胁,包括情报界 (IC) 的任务。低地球轨道 (LEO) 的平均撞击速度为 22,500 MPH,即使是最小的碎片也会造成严重损害,0.2 毫米的油漆碎片撞击 STS-71 时产生的直径为 3.8 毫米的坑洞就是明证 [2]。目前,有超过 1 亿个大于 1 毫米的物体绕地球运行,[3, 4] 但据估计,目前追踪到的可能造成任务终止损害的碎片不到 1% [5]。此外,由于近地空间环境的动态和多变性,预测碎片的轨迹极其困难,需要持续监测 [6]。虽然目前可以探测和追踪大于 10 厘米的碎片,但目前的能力不足以追踪较小的碎片 [7]。太小而无法追踪的碎片通常被称为“致命的不可追踪碎片”(LNT),[8] 会对航天器造成严重损害,甚至危及太空任务。探测、跟踪和表征 LNT 碎片将有助于全球宝贵太空资产的更安全运行 [9]。
在低地球轨道(LEO)中存在数百万块轨道碎片,至少是垒球或更大的大小,可能会破坏卫星在撞击时;超过500,000大理石的大小足够大,可以损坏航天器或卫星;超过1亿颗盐的大小,可以穿刺太空服。此外,轨道碎片的日益增长会威胁到日常生活中使用的重要空间应用的损失,例如天气预报,电信和依赖稳定空间环境的全球定位系统。在NASA,由安全和任务保证办公室资助的轨道碎片计划办公室(ODPO)占据了国家和国际负责人的碎片环境测量以及制定采取缓解措施的技术共识。在NASA,由安全和任务保证办公室资助的轨道碎片计划办公室(ODPO)占据了国家和国际负责人的碎片环境测量以及制定采取缓解措施的技术共识。
