高质量的复合材料在太空应用中已经使用了几十年,主要用于载人航天器、卫星结构和航天运载火箭。它们在运载火箭中有着广泛的应用,例如固体火箭发动机和燃料和气体压力容器。许多复合材料用作重返大气层的车辆的热保护系统。碳纤维复合材料通常用于卫星结构及其有效载荷系统。1 卫星的总线结构由铝蜂窝芯和复合材料蒙皮制成。其他需要尺寸稳定性的结构由增强复合材料制成。图 1 描述了复合材料在先进空间结构中的应用示例,以及如何确定它们在受到超高速碎片影响时的性能。这些复合材料有助于在太空极端温度下保持极端尺寸稳定性。2 对更大复合结构的需求促使开发高质量的复合结构,这些结构可以用更少的接头制造这些组件,从而增加使用复合结构的好处。3
这是作者的同行评审并被接受的稿件。但是,一旦经过编辑和排版,记录的在线版本将与此版本不同。请引用本文 DOI:10.1063/5.0099201
在过去的六十年中,太空探索和技术已日益彻底改变了我们生活的世界。外层空间的景观继续快速发展,对进展缓慢的法律框架以及更普遍的和平利用太空提出了新的挑战。特别是,空间垃圾已成为紧迫的全球威胁。作为回应,各国已转向对外层空间采取更加非正式的双管齐下的办法,这反映在联合国和平利用外层空间委员会 (COPUOS) 通过的非约束性文书中,同时还开发了旨在为空间垃圾问题提供切实解决方案的技术。考虑到这些战略,本文首先对现有空间环境监管框架面临的各种复杂问题进行了审查,重点是双重用途技术。然后,本文展示了科学技术研究 (STS) 视角如何提供框架和方法,使法律学者能够以新的方式处理高度网络化和纠缠不清的问题,同时提供新的前进道路,同时也促进技术法律分析。通过这样做,我们希望强调,对于与不断增加的空间活动相关的复杂性和挑战,采取更加多学科的视角是合理的,也是建设性的。
太空碎片首次通过1957年10月的人工卫星卫星施普尼克(Sputnik 1)首次发射(NASA,n.d。)开始积聚在地球轨道上。从那时起,越来越多的废弃物体增加了潜在灾难的机会,包括诱导空间碎片的敲击作用,即凯斯勒综合征(国家空间中心,2021年)。这种影响可以消除地球的卫星基础设施,包括每天文明依靠的天气监测,导航和通信。,2020年,114个发射,大约有1,300颗卫星进入太空,而在2021年,该数字增加到了1,400个新卫星的发射(“多少,”,2021年)。主要是,空间碎片位于低地球轨道(LEO),位于地球表面2,000公里以内,尽管在赤道以上35,786公里的地静止轨道(GEO)中可以找到某些碎屑。在2021年,美国太空监视网络(USSSN)跟踪了超过0.1m的15,000块空间碎片。高度决定了卫星或碎屑返回地球所需的时间。在重新进入地球大气之前,几年的物体在600公里以下的轨道范围内,而几个世纪以上的物体将绕1,000公里的轨道轨道轨道(不列颠尼卡,n.d。)。
一些轨道区已经受到太空垃圾的严重影响——主要是那些在 700 到 1100 公里高度之间的轨道区,那里的垃圾数量比活跃航天器的数量高出两到三个数量级。这种情况是由于卫星不加区分地部署到低地球轨道 (LEO)、极地轨道和太阳同步轨道造成的——所有这些都是地球观测、通信和防御的基础——主要是在冷战时期和随后的十年。卫星每周发射数次,并与它们的上级一起被遗弃,经常在一段时间后爆炸。下图来自 LEOLABS 1,显示当前的太空操作往往在最拥挤区域的上方或下方进行,放弃了 700-1100 公里的轨道区域。
慕尼黑轨道验证实验 (MOVE) 是一个立方体卫星学生项目,由慕尼黑工业大学火箭和太空飞行科学工作组负责。MOVE-III 是正在开发的第四颗立方体卫星,也是 MOVE 项目的第一个 6U 任务,将在轨道上搭载专门的科学有效载荷。该任务旨在获取低地球轨道亚毫米空间碎片和流星体的现场观测数据,目的是汇编一套通量数据集,以及物体质量和速度测量数据,可用于验证空间碎片模型的小物体估计值,并支持与空间环境特性相关的进一步研究。MOVE-III 立方体卫星采用 MOVE-BEYOND 平台,计划搭载三个碎片密度检索和分析 (DEDRA) 等离子体电离传感器。初步设计评审已于 2022 年初完成,下一个里程碑是关键设计评审,计划于 2023 年完成。本文阐述了任务的科学目标和预期的数据产品,概述了探测器的工作原理,并介绍了整个系统架构、平台配置和子系统交互。此外,还讨论了任务碎片减缓方面的考虑因素。
1. 引言 随着太空环境的使用和商业化程度不断提高,以及太空发射的便利性不断提高,地球轨道上的活跃卫星和轨道碎片数量也不断增加。轨道碎片是指在地球轨道或重新进入地球大气层的人造非功能性物体(包括碎片和元素);自太空探索初期以来,碎片的数量远远超过在轨运行的航天器 [1]。2022 年 7 月,美国空间监视网络的太空物体目录(仅考虑直径大于 5 厘米的碎片)报告了 8,943 艘航天器和 16,393 块轨道碎片。巨型星座(可能包括数万颗联网卫星的舰队)的计划部署标志着卫星运行范式的转变,并将加速已经高度拥挤的低地球轨道 (LEO) 的密集化。随着卫星轨道上越来越拥挤的活跃航天器和轨道碎片,发生碰撞的风险也在增加。碎裂事件可能会产生更多的碎片,有可能导致凯斯勒综合症,这是一种假设的最坏情况(由唐纳德·凯斯勒博士于 1978 年首次提出),即一系列连锁碰撞及其产生的碎片云可能会使地球轨道无法使用 [2]。凯斯勒事件的直接后果可能是深远的,使电信、宽带互联网和天气预报等地面服务陷入瘫痪,同时也妨碍未来的太空利用或探索 [3]。尽管人们越来越意识到轨道碎片带来的风险,但由于监管和政策环境落后于太空的快速发展,减轻和防止碎片的努力受到限制。国际协议和国家立法旨在确保在人烟稀少的太空环境中安全运行,而这种环境与当今拥挤的轨道领域越来越不相似。 1967 年《外层空间条约》和随后的 1976 年《责任公约》构成了国际空间法的基础,确认了空间物体的所有权,但并未直接涉及轨道碎片。根据这些规则,发射国对在其境内发射的物体拥有所有权,其他国家未经发射国同意不得收集这些物体 [3]。此外,发射国有责任赔偿其空间物体造成的损害。在考虑这些空间法基本原则如何适用于轨道碎片时,仍然存在不确定性:尽管大多数国家认为轨道碎片是空间物体,但《外层空间条约》和《责任公约》并未提供明确的定义,而且由于我们对大多数空间物体的跟踪和识别能力有限,在发生碰撞时识别发射国变得很复杂。如果没有监管要求或其他直接激励措施来防止轨道碎片,航天器所有者、运营商和发射提供商在遵守减少轨道碎片产生和风险的自愿准则方面进展缓慢。欧洲空间局 (ESA) 报告称,估计近地轨道上 30% 到 70% 的有效载荷(不包括载人航天)在报废时遵守脱轨准则。ESA 进一步指出,遵守碎片缓解措施的比例正在提高,但仍不足以在长期内显著降低碰撞风险 [2]。轨道碎片带来的挑战与臭氧层损耗等全球环境挑战有着内在的相似之处。司法当局和国际机构不应因为收益不确定而推迟行动,而应行使预防原则——环境法的一项长期信条——该原则建议各国采取行动解决构成长期环境威胁的环境问题,即使没有证据表明会发生危害 [4]。 《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》的签署和随后的实施是一个显著的例子,表明国际社会有效地动员起来,即使在科学不断发展和不确定的情况下,也致力于解决人类活动对环境造成的有害影响。2022 年 5 月,加伯和兰德发表了一篇论文,建议研究蒙特利尔
背景:人们普遍认识到,轨道碎片的挑战日益严峻,对我们国家的太空雄心构成了重大风险。截至去年年底,目前有 4,800 多颗卫星在轨道上运行,而未来卫星数量的增长预测表明,未来还会有更多卫星在轨道上运行。随着太空物体数量的增加,发生碰撞的概率也在增加。目前,建议低地球轨道卫星的运营商确保其航天器在完成任务后 25 年内重新进入地球大气层。作为我们持续努力减轻轨道碎片产生的一部分,第二份报告和命令将把卫星任务后处置所需的时间缩短至五年。
在其他地方,奥古斯丁用拉丁语写道:“Homo desiderium die。”这可以用两种方式翻译:“人渴望上帝”。还有:“人是神的渴望!”这两件事贯穿整本圣经:人渴望神,神也渴望人。神正在寻找亚当:“你在哪里?他像情人一样向先知吸引人:“我一直爱你,所以我出于纯粹的仁慈吸引了你。” /div>31.3)。神在耶稣里成为人,以便寻找并找到我们。耶稣说:“……人子来,为要寻找拯救失丧的人。”(路加福音 19.10)。神渴望人,人也渴望神。