国际空间站多久要躲避一次太空垃圾？

一名远征40任务的宇航员指着2014年国际空间站圆形圆顶窗户上留下的标记——流星体。(Image credit: NASA)

（蜘蛛网eeook.com）据美国太空网（By Elizabeth Howell）：太空垃圾时常会妨碍国际空间站的运行。

国际空间站(ISS)自1998年以来一直在轨道上运行，空间碎片已经迫使其进行了数十次规避操作。根据美国宇航局2022年12月的一份报告，自1999年以来，国际空间站已经32次修正自己的航向，以避开卫星和可跟踪的空间碎片。

微流星体或空间碎片的撞击已经记录在俄罗斯进步号和联盟号飞船以及加拿大2号等空间机器人上，以及面向地球的环绕式圆顶窗口上。但是，随着越来越多的卫星被发射到太空，空间碎片问题越来越严重，增加了与国际空间站或相互碰撞的风险。已知的太空垃圾已经迫使国际空间站进行回避操作，要求宇航员躲避，甚至取消太空行走。

距离地球约250英里(400公里)的国际空间站轨道比以往任何时候都更加拥挤。这部分是因为卫星的数量在增加，部分是因为太空垃圾。

美国宇航局的长期指导方针要求，如果任何卫星进入空间站轨道周围的“披萨盒”形状的空间区域，国际空间站必须进行机动。根据机构官员的说法，这个盒子大约是2.5×30×30英里(4×50×50公里)，国际空间站位于中心。(轨道平面上的可跟踪物体直径约为2英寸(5厘米)，但鉴于轨道上的物体速度很高，即使是油漆斑点也会造成问题。)

“当预测表明任何被跟踪的物体将通过足够近的距离，并且跟踪数据的质量被认为足够准确时，休斯顿和莫斯科的任务控制中心将共同努力制定谨慎的行动方针，”该机构官员在2021年5月的国际空间站规避程序中写道。

这些来自美国宇航局和加拿大航天局的图像显示了国际空间站Canadarm2机械臂上的空间碎片撞击的位置，该撞击于2021年5月12日发现，并于5月28日发布。(Image credit: NASA/Canadian Space Agency)

忧思科学家联盟截至2022年5月跟踪了5465颗活跃卫星，比仅6个月前(2021年12月)的4852颗记录卫星增加了12%。(他们的信息来自联合国外层空间事务办公室经常更新的统计数据。)

华盛顿特区工会代表史蒂文·杨(Steven Young)在2022年3月写道，目前在轨运行的卫星数量“令人震惊”。他说:“今年(2022年)发射的卫星数量超过了仅仅六年前的2016年运行卫星的总数。”。

绝大多数新卫星来自SpaceX，该公司的目标是在近期内在低地球轨道上拥有至少12，000颗可运行的Starlink宽带卫星，并已申请批准增加3万颗卫星。SpaceX表示，它已经制定了让Starlinks摆脱困境的程序。

“为了以可扩展的方式实现安全的太空行动，SpaceX公司开发并为每颗SpaceX卫星配备了机载自主防撞系统，确保它能够机动以避免与其他物体发生潜在碰撞，”公司官员在2022年2月的更新中写道。尽管如此，Starlink的数量还是很多。

根据哈佛-史密森天体物理中心的空间物体追踪器乔纳森·麦克道尔维护的一份表格(在新标签中打开)，截至2023年3月，SpaceX自2019年第一个Starlink组以来，已在轨道上发射了约4000颗卫星。麦克道尔2020年4月的一篇同行评议论文补充说，近几年来，低地球轨道卫星的“数量急剧增加”，这几乎完全是Starlink的结果。他的论文显示，Starlink的轨道各不相同，但有些轨道的高度低至211至217英里(340至350公里)，接近国际空间站的高度。

2023年2月，当被问及如果Starlink以及OneWeb和亚马逊Kuiper的其他星座完全建成，轨道上的情况将会如何时，麦克道尔告诉Space.com说:“这将像一条州际公路，在暴风雪的高峰时间，每个人都开得太快了。”"除了有多条州际公路相互交叉而没有红绿灯."

欧洲航天局动画中围绕地球的空间碎片和运行卫星。(Image credit: ESA)

2021年8月，南安普顿大学航天研究小组的负责人、欧洲领先的空间碎片专家休·路易斯(Hugh Lewis)告诉space，Starlink卫星是低地球轨道碰撞风险的单一主要来源。Lewis的工作基于CelesTrak提供的Socrates数据库(卫星轨道会合报告评估太空中的威胁遭遇)。该数据库发布有关卫星轨道的信息，并为碰撞估计建立其轨道模型。

“我查看了2019年5月Starlink首次推出时的数据，以了解这些巨型星座的负担，”Lewis在2019年告诉Space.com。“从那以后，Socrates数据库中的相遇次数增加了一倍多，现在Starlink占了所有相遇次数的一半。”

此外，超过65年的卫星和空间发射在低地球轨道留下了数不清的数千块空间碎片。一些碎片是报废的卫星，而一些是碰撞的碎片，还有一些是太空活动如级间分离时散落的碎片。

根据SpaceTrack.org的数据，截至2023年3月，北美航空航天防御司令部(NORAD)正在跟踪超过47，000个太空物体。更多的位元太小，以目前的技术也无法追踪。任何“死亡”的碎片都不能改变它们的轨道，而且目前还没有清理它们的明确计划，任何接近国际空间站的行为都让控制人员别无选择，只能让开。

如果给予足够的通知，发射到国际空间站的货运车辆会携带额外的燃料，以便在需要时可以启动推进器并调整空间站的轨道，以帮助实验室综合体避免空间碎片。根据美国宇航局的一份声明，一个例子是在2022年10月25日，俄罗斯控制人员向一艘附属的货船Progress 81发射推进器，持续了5分零5秒，以避免碎片。

NASA官员当时写道，这一动作将国际空间站在远地点(离地球最远的点)的高度提高了0.2英里(0.32公里)，在近地点(离地球最近的点)的高度提高了0.8英里(1.3公里)，对空间站的正常运行没有影响。

这些碎片是俄罗斯在2021年11月15日进行的破坏性反卫星试验的一部分，该试验受到了国际谴责。测试产生的碎片已经无数次靠近国际空间站和Starlink卫星，例如在2022年6月，空间站不得不机动以避开破碎的宇宙1408卫星的碎片。

美国宇航局还在建立备份能力，以与美国航天器一起进行演习，特别是在2022年2月24日开始的俄罗斯与乌克兰的战争之后。国际空间站的运行基本正常，但俄罗斯可能会在2028年离开⁠—的轨道综合设施，这比美国宇航局预计在2030年结束国际空间站的运行至少提前了两年。在这种情况下，进步助推器将不再能够推动空间站摆脱碎片，所以美国宇航局要求诺斯罗普·格鲁曼公司的天鹅座货船在2022年6月25日进行测试燃烧。经过两次尝试才完成，但飞船成功地将国际空间站推进到正常运行高度。

2022年10月28日，俄罗斯的进步82号货运飞船与国际空间站的泊斯克舱对接。像这样的航天器可以燃烧发动机来提升或改变国际空间站的轨道。(Image credit: NASA)

如果机组人员没有得到足够的通知，或者如果跟踪数据有些不精确，美国宇航局和其他合作伙伴将向国际空间站的机组人员发出命令，让他们躲在他们的逃生舱中。

所有宇航员都在飞船上分配了座位，无论是SpaceX的Dragon还是俄罗斯的Soyuz太空舱，他们都可以在紧急情况下乘坐回家。在这种情况下，国际空间站的工作人员穿上宇航服，在他们的飞行器内等待碎片事件的结果；一个著名的例子是2021年11月，一块疑似ASAT碎片飞到国际空间站附近。

“这种[遮蔽程序]允许有足够的时间通过在发生破坏性碰撞时关闭舱门来隔离这些飞船，”美国宇航局官员在2021年5月关于空间碎片和国际空间站的讨论中写道。“如果碰撞导致生命维持模块失去压力或损坏关键部件，宇航员将能够离开空间站。在紧急情况下，航天器充当船员的救生艇

2022年12月14日至2023年2月25日期间，当一次微流星体撞击导致一艘名为MS-22的对接联盟号发生毁灭性泄漏时，美国宇航局和俄罗斯不得不共同制定国际空间站撤离的备用计划。出事的飞船没有可用的冷却剂，三名被指派的宇航员中只有两人可以安全地乘坐飞船回家。国际空间站紧急情况下的备用计划是将第三个联盟号座椅，即美国宇航局宇航员弗兰克·卢比奥的座椅，安装在四名宇航员下方的“龙耐力”号的地板上。然而，一艘新的联盟号于2023年2月25日抵达，替换受损的航天器，因此这一紧急情况不需要上演。

美国宇航局2023年3月10日发布的一份关于解决空间碎片的报告(在新标签中打开)也估计了在遇到麻烦时操纵国际空间站的成本和复杂性。基于大量的公共信息来源，报告称每个演习需要两个人时的风险分析。也就是说，只有一小部分关于“会合”或与太空垃圾近距离相遇的可能信息需要改变国际空间站的轨道(作者估计约为2%)。

大约需要154磅(70公斤)的推进剂来推进空间站，然后再需要154磅(70公斤)来降低它。然而，这个数字假设10%的推进剂会被浪费掉。(这种浪费来自讨论国际空间站有时需要进行逆行或逆向运动以避开太空垃圾的历史速率的平均值，因为抵消其轨道运动需要大量燃料。)

报告称，根据每公斤7万美元的货物成本，这一数字是从美国宇航局监察长办公室2018年的一份报告中获得的，每次躲避碎片的成本约为100万美元。该报告称，这些事件对国际空间站运营的影响很小，因为国际空间站工作人员的庇护活动很少，而且“由于风险分析和机动能力的提高，不太可能需要这些措施”。但是碎片撞击本身的代价可能更高。

2022年12月14日，一颗明显的微流星体撞击了一艘俄罗斯联盟号飞船，导致冷却剂泄漏，当时该飞船正停靠在国际空间站。(Image credit: NASA)

根据美国国家航空航天局报告作者引用的1997年国家研究委员会的报告，如果国际空间站被物体击中，它的设计确实允许它承受“相当于直径1厘米的铝球”。

2023年的报告假设撞击将来自直径在0.4英寸到4英寸(1厘米到10厘米)之间的物体。修复这样一个碎片穿孔的成本将至少是2亿美元，根据OIG引用货物再补给任务的典型成本的数字(因为航天器需要携带必要的维修材料前往国际空间站。)但考虑到众多因素，如船员时间和损失的科学时间，或对非核心国际空间站元件如对接宇宙飞船的潜在维修，成本可能会高得多。

美国宇航局及其空间站合作伙伴已经制定了应对国际空间站紧急情况的程序，但轨道上不断增加的空间碎片有时确实会导致轨道复杂的问题。批评者说，关键是首先避免太空垃圾，尽快清理现有的太空垃圾，并尽可能减少卫星发射的数量。目前还不清楚太空当局将如何管理地球上方拥挤的轨道，但可以肯定的是，国际空间站的运营商将继续密切关注麻烦。