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2023 年的太空活动
1 (a) 轨道发射尝试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6 3 商业发射与政府发射.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 6 按所有者国家和类别发射的 2023 有效载荷 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 11 2014 年至 2023 年年底在轨碎片物体数量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 12 2014 年至 2023 年年底在轨物体质量（吨） . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 13 2023 年轨道发射及发射相关地球轨道碎片数量 . . . . . . . . . . . . . . . . 32 14 2023 年不受控制的再入 . . . . . . . . . . . . . . . . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... . ... 44 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . . 45 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . 46 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . 47 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . 48 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . 49 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . . 50 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . 51 2023 年发射的 19 颗 SSO 卫星，按降交点地方时排序 . . . . . . . . . 52 20 2023 年发射的地球静止卫星，按经度排序 . . . . . . . . . . . . . .53 21 GEO 数量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... .... .... .... 56
空间战略自主
► 欧盟及其成员国必须制定连贯统一的发射战略，以加强现有平台并促进发射能力（包括可重复使用性）的技术进步，以确保欧洲能够独立进入太空并在未来保持竞争力。需要重新评估传统的采购政策，以克服效率低下和碎片化问题，并使其与商业抱负更加紧密地结合起来。新的欧盟工业政策战略应包括保护关键空间基础设施的措施，并促进民用和安全空间活动之间的协同作用。 ► 空间垃圾不仅带来了日益增加的环境负担，也带来了战略挑战。通过汇总欧洲机构需求，应为清除和回收较大碎片物体的技术解决方案提供资金支持。《空间法》应建立一个内部市场，用于避免碎片数据，并要求非欧洲参与者遵守要求，如果他们想进入欧洲市场。 ► 欧盟需要关于空间资源所有权的明确和具有约束力的规则，以及确保访问和避免冲突的透明度。首先，欧盟应努力制定共同的国际规则，并应建立一个具有约束力的国际空间采矿活动登记处。其次，欧盟应规定太空资源的所有权，避免欧盟内部的分裂和不公平竞争。
通过模拟太空测量确定和跟踪地月轨道
随着政府和商业航天公司重新关注月球和地月空间，了解在这一空间内航天器和碎片物体的跟踪效果至关重要。这对于主动卫星的空间领域感知 (SDA) 和不受控制物体的飞行安全都很重要。地球轨道上有数以万计的可跟踪物体，而地月空间中的物体可能只有数十个，但地球轨道也是一个传感器非常丰富的环境。各国和各公司花了几十年时间建造跟踪轨道上物体的基础设施。地月空间尚不存在这种基础设施，近年来，研究人员和航天器操作员已开始采用光学跟踪等被动方法来解决地月 SSA 问题。通过地面或空间光学测量估计 GEO 上的航天器状态是一个经过深入研究的问题，并由多家公司和机构实际执行。鉴于低信噪比 (SNR) 观测、月球排斥角、短数据弧和非线性动力学等挑战，在地月空间进行空间跟踪是一个更新颖的问题，这些挑战强调了大多数跟踪滤波器的基本假设和简化。在本研究中，两个地月航天器之间产生角度测量，并根据光学传感器的实际值添加随机角度噪声。这些噪声测量在顺序滤波器中处理，以细化驻留空间物体 (RSO) 随时间变化的 6 维状态和协方差。
使用 IoSiS 对太空中的卫星和物体进行高分辨率成像
如今，空间碎片已成为卫星系统的主要威胁之一，尤其是在低地球轨道 (LEO) 上。据官方估计，有超过 700,000 个碎片物体有可能摧毁或损坏卫星。通常，无法从地面直接识别撞击的影响。但是，高分辨率雷达图像有助于检测这种可能的损坏。此外，还可以对未知的空间物体或卫星进行调查。因此，DLR 开发了一种名为 IoSiS（太空卫星成像）[2, 3] 的实验雷达系统，该系统基于现有的转向天线结构和名为 GigaRad [1] 的多用途高性能雷达系统，在传播方向上的分辨率优于 5 厘米。在横向或方位角方向上，通过使用逆合成孔径雷达 (ISAR) 技术，可以获得高空间和距离独立分辨率。该技术基于沿合成孔径从不同角度对物体进行相干观察，需要在轨道通过期间精确跟踪物体。因此，要在距离和方位角上获得相似的分辨率，就必须进行宽方位角观测。对于一个 ISAR 图像，5 厘米的预期空间分辨率意味着大约 25° 的观测角。如此高的空间分辨率不是遥感雷达应用的标准。目前的地球观测系统实现的分辨率在几分米的数量级，比现有系统差一个数量级。因此，这种改进需要相应更高的系统和轨道校正性能。特别是，对雷达电子设备、天线和馈电频率响应进行足够精确的校准至关重要。此外，还必须对观测物体进行精确的轨道测定。本文概述了 IoSiS 雷达系统的主要技术特点。讨论了主要的误差源和相应的解决方案。说明了最终生成几厘米分辨率的雷达图像的校准工作。
使用来自地面激光器的单个多 kJ 脉冲烧蚀避免低地球轨道上的空间碎片发生碰撞 Stefan Scharring、Gerd Wagn
通过地面激光器发出的单个多 kJ 脉冲避免低地球轨道上的空间碎片发生烧蚀碰撞 Stefan Scharring、Gerd Wagner、Jürgen Kästel、Wolfgang Riede、Jochen Speiser 德国航空航天中心 (DLR)，技术物理研究所，Pfaffenwaldring 38-40，70569 斯图加特，德国 摘要 我们对一个概念性想法进行了分析，即从地面激光站发射的单个高能激光脉冲是否可能导致碎片物体表面的物质烧蚀，从而产生后坐力，从而产生足够高的速度变化，以避免空间碎片碰撞。在我们的模拟中，我们评估了大气限制的影响，例如由于气溶胶消光导致的激光功率损失以及由于大气湍流导致的激光束增宽和指向抖动。为了补偿湍流，探索了自适应光学系统在合适发射器配置和激光导星组合方面的使用。根据 ESA DISCOS 目录，使用具有简化几何形状的虚拟目标来研究激光与火箭体、任务相关物体和非活动有效载荷之间的相互作用。此外，NASA 标准破碎模型可作为碰撞和爆炸碎片的参考，这些碎片在低地球轨道上产生了 9101 个碎片目标。对于这些物体，使用基于光线追踪的代码对激光烧蚀后坐力进行了研究，同时考虑了未知的目标方向以及残余激光指向误差，这些误差构成了整个 5 个维度（3 个旋转，2 个平移）的随机性来源，这些随机性来源采用蒙特卡罗方法解决。根据特定碎片物体平均高度的计算激光通量分布计算激光动量耦合。作为计算激光与物质相互作用的输入，使用了铝、铜和钢作为代表性空间碎片材料的辐照实验数据。从照射仰角、轨道位移、动量转移不确定性、成功概率、碎片材料以及碎片尺寸、质量和启动激光烧蚀过程所需的最小能量密度等方面讨论了激光赋予动量的模拟结果。1.引言由于空间碎片的数量不断增加，且难以进行轨道改造，近年来提出了几种基于激光的空间碎片远程动量转移 (MT) 概念[1][2]。特别是，由于连续发射 (CW) 激光器的商业化应用，其平均输出功率超过 10 kW 级，通过光子压力进行 MT 似乎变得可行。为了避免空间碎片碰撞，模拟已经表明，在多次激光站过境期间，通过目标照射可以实现几毫米/秒的足够高的速度增量 [1]。最近，在 LARAMOTIONS（激光测距和动量传递系统演化研究）研究中，研究了用于碎片跟踪和避免碰撞的相应激光站网络的可行性和估计性能。这项研究是由我们研究所领导的一个财团为欧洲航天局 (ESA) 开展的概念分析。[3] 概述了研究结果，[4] 列出了使用光子压力进行轨道碰撞避免的详细天体动力学可行性研究，而 [5] 显示了所采用的激光站网络的详细结果。激光烧蚀的动量耦合比光子压力的耦合高出 3 到 5 个数量级 [6]。因此，烧蚀通常被认为是在多次高能激光站过境期间通过降低近地点清除激光碎片的合适机制。然而，最近在真空中对几厘米大小的物体进行的跌落实验表明，激光烧蚀动量转移在避免空间碎片碰撞方面具有巨大的潜力，证明单个激光脉冲就可能使小的空间碎片状物体产生几十 ⁄ 的速度变化∆ [7]。
人工智能与空间安全：碰撞风险评估
如今，太空环境正在经历一场彻底的变革，影响到技术、太空使用、任务概念和操作。电力推进一旦被证明其可靠性和能力，在过去十年中已开始用于商业和科学卫星，无论是低地球轨道 (LEO) 还是地球静止轨道 (GEO)，而且其使用量预计还会增长。20 世纪 90 年代末的技术改进导致空间部件小型化，最终使卫星尺寸得以缩小。自 2003 年第一颗立方体卫星发射以来，大学或商业用途对此类小型卫星的使用不断增加，对未来太空环境演变的分析表明，这种增长将在未来十年保持下去。随着小型卫星数量的增加，预计每年的发射率也会更高，新的国家和私人参与者也会加入进来。在这些新参与者中，由于其对轨道环境的影响，可能最相关的将是集群和星座任务。巨型卫星群与小型卫星群一起，将代表未来十年低地球轨道系统最深刻的变化。多个巨型卫星群已在规划中，每个卫星群由数千颗卫星组成，其中一些已开始部署阶段。预计未来几年，在轨卫星数量将增加数倍。考虑到目前的数量略低于 2,000 颗，这一数字将同时增加到数万颗在轨运行的卫星（Hugh 等人，2017 年）。除此之外，地球轨道上最常见的元素是空间碎片物体。空间碎片是指除运行卫星之外的所有人造太空物体以及被地球引力捕获的微流星体。它包括上级火箭体、仍在轨道上的非运行卫星、任务遗留物体以及因碎裂或碰撞而产生的旧卫星碎片。自 1958 年航天时代开始以来，空间垃圾物体的数量不断增长，目前轨道上大于 10 厘米的物体有 34,000 多个，1 厘米至 10 厘米之间的物体有 900,000 多个，更小的物体有数百万个（ESA 报告 2019）。预计这些数字在未来几年还会增加，这不仅与太空交通的增加有关，也与当前跟踪技术的改进有关。新的基础设施预计将在未来十年开始运行，以探测迄今为止无法跟踪的较小物体。虽然编目物体的增加并不意味着实际物体数量的增加，因为它们已经在轨道上，但这将增加卫星运营商遇到的会合警报数量（Haimerl 和 Fonder 2015）。