衛(wèi)星十年將暴增十萬(wàn)顆！科學(xué)家設(shè)計(jì)新工具破解'太空可持續(xù)性悖論

探索宇宙奧秘 · 理性思考

我們正面臨一個(gè)尷尬的局面。人類(lèi)發(fā)射衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地球環(huán)境、追蹤氣候變化，卻可能在拯救地球的同時(shí)，把太空變成危險(xiǎn)的垃圾場(chǎng)。曼徹斯特大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)最新發(fā)表在《空間研究進(jìn)展》期刊上的模型，首次將碰撞風(fēng)險(xiǎn)納入衛(wèi)星任務(wù)設(shè)計(jì)的初始階段，試圖破解這一"太空可持續(xù)性悖論"。

當(dāng)前地球軌道上約有1.18萬(wàn)顆活躍衛(wèi)星。但按照現(xiàn)有規(guī)劃，到2030年這一數(shù)字可能突破10萬(wàn)顆。這些衛(wèi)星為聯(lián)合國(guó)17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，涵蓋糧食安全、災(zāi)害響應(yīng)和氣候監(jiān)測(cè)。

太空并非無(wú)限。每一次衛(wèi)星碰撞都會(huì)產(chǎn)生數(shù)千塊碎片，這些碎片以每秒數(shù)公里的速度飛行，可能引發(fā)連鎖碰撞。凱斯勒綜合征的陰影始終籠罩著近地軌道。研究人員指出，這正是"太空可持續(xù)性悖論"：我們用衛(wèi)星解決地球危機(jī)，卻制造了新的太空環(huán)境危機(jī)。

傳統(tǒng)衛(wèi)星設(shè)計(jì)往往先追求技術(shù)指標(biāo)，再考慮安全問(wèn)題。曼徹斯特大學(xué)約翰·麥金托什團(tuán)隊(duì)改變了這一流程。他們開(kāi)發(fā)的建模框架將圖像分辨率、覆蓋范圍等任務(wù)需求，與衛(wèi)星尺寸、軌道碎片密度直接掛鉤。

這種方法讓設(shè)計(jì)師在早期就能權(quán)衡取舍。例如，要獲得0.5米的高分辨率圖像，衛(wèi)星通常需要更低軌道或更大光學(xué)鏡片。但這兩種方式都會(huì)增加碰撞風(fēng)險(xiǎn)。新工具將這些變量量化，讓工程師在繪圖板上就能計(jì)算不同方案的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，而非等到發(fā)射前才匆忙評(píng)估。

研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)反直覺(jué)的現(xiàn)象。對(duì)于0.5米分辨率的觀測(cè)衛(wèi)星，碰撞概率最高的區(qū)域并非碎片最密集處，而是在距地850至950公里的高度。這比普通碎片密度峰值還要高出約50公里。

原因在于衛(wèi)星尺寸。高軌道雖然需要更少衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，但衛(wèi)星必須造得更大更重，其碰撞截面積和潛在危害反而更高。低軌道需要更多衛(wèi)星組網(wǎng)，但單顆衛(wèi)星可以做得更小更輕， individually面臨的碰撞風(fēng)險(xiǎn)反而降低。這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了"軌道越高越安全"的固有認(rèn)知。

在規(guī)則制定層面，中國(guó)于2023年發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)微小衛(wèi)星有序發(fā)展的通知》，對(duì)衛(wèi)星解體概率和任務(wù)后處置提出明確要求。清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校也在開(kāi)展空間態(tài)勢(shì)感知和碰撞規(guī)避算法研究。與歐美相比，中國(guó)在巨型星座建設(shè)上起步較晚，但在碎片減緩標(biāo)準(zhǔn)制定上正與國(guó)際逐步接軌。

曼徹斯特大學(xué)的方法論為全球提供了新的技術(shù)范式。隨著衛(wèi)星數(shù)量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，將碰撞風(fēng)險(xiǎn)前置到任務(wù)設(shè)計(jì)階段，或許是從"先污染后治理"轉(zhuǎn)向"預(yù)防為主"的關(guān)鍵一步。太空的可持續(xù)性，終究需要地球上的我們提前算賬。

John Mackintosh et al, Collision risk from performance requirements in Earth observation mission design, Advances in Space Research (2026). DOI: 10.1016/j.asr.2026.01.019

University of Manchester, "New tool could reduce collision risk for Earth-observation satellites," Phys.org, February 16, 2026.