空间碎片

定义

n空间碎片

英文名：space debris、orbital debris、space junk、space waste。

Wikipedia:Space debris are the objects in orbit around Earth created by humans, that no longer serve any useful purpose。

n运载工具产生的喷射物和抛弃物、失效的有效载荷、空间物体碰撞产生的碎片，也称为或轨道碎片(orbital debris)

空间碎片分类

n分类——以尺寸分(2005)

¨直径大于10cm（大碎片）：毁坏整个航天

器，由美国空间司令部（USSC）全部编号监

控；

¨直径小于10cm无法跟踪和记录，可以穿透航天器的防护壳，对其结构造成破坏；

¨毫米级和更小的碎片，会破坏航天器的易损表面，长期碰撞也会造成累计影响。

在编碎片数量(美国空间监视网(SSN)(Space Surveillance Network))

碎片数量

1997年

空间碎片数量与质量

《国际太空》1998年1月

在编空间碎片与有效载荷数量

2004年12月27日

编目：9233个

有效载荷：2927个

可观测大碎片：6306个

数据来自：美国空间监视网(SSN)

主要航天国产生碎片数量2005年4月11日

编目：9494个

俄罗斯(1)：4062个

美国(2)：3945个

中国(3)：351个

空间飞行器

美国

USSPACECOM

radar

跟踪的空间物体

其中：

白点：有效航天器

红点：失效航天器

空间碎片的数量与轨道高度

空间碎片主要轨道高度(Km)所占百分比分布区域

1 300-700 75％

218000-210009％

3 33500-37000 9％

不分轨道上碎片分布

分布轨道碎片数

低轨道：5747个

中轨道：134个

同步轨道：601个

转移轨道：498个

其它：949个

碎片分布

空间碎片分布

空间碎片的分类与分布

空间碎片分布

单位：件

空间碎片的寿命

n轨道寿命是大气密度和阻力系数的函数阻力系数：取决于物体面积与质量之比

物体单位面积的质量越大阻力系数也越大

大气阻力就越小

大气密度：受太阳活动的影响

太阳活动时地球高层大气受热膨胀，

向更高的高度扩散，使得高层大气密度增加

促进了卫星和空间碎片的轨道衰减(<600Km)大气变化，空间碎片阻力系数未知，预测寿命不准确！

通常轨道高度与寿命

轨道高度小于600Km 800Km左右大于1000Km 碎片寿命

几年几十年几百年

自然“消除”空间碎片，非常缓慢不足抵消碎片产生地球静止轨道上的物体具有百万年以上的轨道寿命轨道高度与寿命：

空间碎片的危害

n空间碎片的危害

空间碎片的危害

n

空间碎片的速度极高：7Km/s 左右一颗直径为0．5毫米的金属微粒

足以戳穿密封的飞行服人肉眼无法辨别的尘埃

(如油漆细屑、涂料粉末)

一块阿司匹林药片大的残骸将人造卫星撞成“残废”，n 空间碎片的速度高，动能大。撞上是灾难性的能使宇航员殒命

空间碎片的危害

n主要破坏形式：

大碎片(cm级)：动能破坏

直接打穿或击毁

小碎片(um级)：缓慢破坏

造成航天器光学镜头“磨砂”

改变航天器表面热辐射性能

空间碎片危害航天器实例

n哈勃望远镜

n航天飞机

n和平号空间站

n法国Cerise卫星

对哈勃望远镜的危害

太阳能帆板上留下的穿孔。孔径2.5mm。

这块太阳能电池阵是在空间工作8年，2002年3月换下

对哈勃望远镜的危害

从哈勃望远镜换下的部件：千疮百孔

对哈勃望远镜的危害

哈勃维修过程中发现的的穿孔

对航天飞机的危害

航天飞机舷窗上的凹坑

和平号空间站

俄罗斯的和平号空间站在轨期间，经历了无数次的撞击太阳能电池遭到撞击

和平号空间站

Kvant-2 Radiators

散热器撞击.

和平号空间站

对接区热毯

上的撞击

法国Cerise卫星

1996年7月24日

法国CERISE微型卫星

（用于研究地球射电环境）

入轨正常运行一年后，

开始在700千米高的极轨道上快速翻滚失效。

法国Cerise卫星

英国空间轨迹网(STN)和NASA查证：

事故原因：一碎片以14Km/s的相对速度撞击了卫星的重力梯度臂这颗卫星由重力梯度稳定，重力杆撞断，卫星无法控制姿态而失效这块碎片是10年前发射的“阿里安”V—16末级火箭分解产生。

空间碎片的来源

n空间碎片的主要来源

空间碎片的来源

n瓦尔特·弗拉里研究，太空垃圾来源分5大类：1 正在运行的飞行器遗漏的物品

占总数的7%；

2 废弃不用的飞行器

占总数的22%；

3 运载火箭壳体

占总数的17%；

4与空间飞行相关的物体

占总数的13%；

5其他碎片还占有一定比例