在上世纪六七十年代,美国、前苏联发射了很多卫星,不过那时候的卫星尺寸都比较小,功能也比较单一。其中美国发射了一系列通信卫星,从LES-1到LES-9,这些卫星大约只有32公斤重。每个通信卫星所需的能量都是通过太阳能电池板发电产生的,卫星都安装了喇叭天线、X波段应答器以及237兆赫的信号发射器。
这些通信卫星的发射并不顺利,LES-1到LES-4这4颗卫星的发射都接连失败,只有后续的LES-5、LES-6、LES-8和LES-9这几颗卫星成功发射升空,这些卫星都正常运行。第一颗LES-1卫星在1965年2月发射升空,不过在发射升空没多久,火箭发动机点火失败,导致这一颗卫星没法进入预定轨道,除此之外,卫星还在太空中翻滚。在1967年,这颗LES-1卫星彻底失去了联系。然而,在2013年,这颗卫星再次进入大家的视线。
事情是这样的,当时有一位业余射电天文学家在使用射电望远镜搜索无线电信号,结果无意中接收到一个微弱的信号,这个信号有一定的规律,它以4秒为周期不断循环,由弱到强。经过科学家确认后,这个237兆赫的信号就是1967年就已经失联的LES-1卫星传回的信号。虽然不是外星文明的信号,但是这个信号来自已经失联了40多年的卫星,这也让很多人感到不可思议。
当然,大家也不需要担心,这颗卫星并不是被所谓的外星文明操控了,而是它安装了太阳能电池板,虽然卫星已经失联,但是太阳能电池板还没彻底报废,所以太阳光照射到太阳能电池板后还能产生一定的电力,为卫星提供了能量。只不过,由于卫星的设备已经已经没法正常运行了,所以传回的信号也没什么意义,只是一个简简单单的信号而已。
这一颗卫星再次出现在我们的眼前,很多人都感到担忧。因为它是在1967年就已经失联了,却在46年后再次传回信号,这说明这一颗卫星在近地轨道“流浪”了几十年时间。科学家在研究了这一颗卫星的飞行轨道后,发现它的飞行轨道很高,它还会继续在近地轨道溜达很多年。
这颗卫星继续留在太空溜达其实不是什么好事。因为自从进入航天时代以后,我们人类发射了成千上万的航天器到太空,有飞船、探测器、卫星、空间站等,还有很多火箭残骸。很多航天器在结束使命后都没有快速坠落地球大气层,而是留在近地轨道飞行。
在上世纪六七十年代,那时候的航天器还不是很多,所以这一个问题没有引起世界各国的关注、重视。随着世界各国科技的进步,现在越来越多国家都具备发射卫星的能力了,这些年来,发射的航天器越来越多。这意味着在近地轨道的航天器数量越来越多,未来太空垃圾也会越来越多。
每一个航天器能够正常运行,除了它本身的设备需要正常运行外,还需要有一个干净的飞行环境。正常运行的航天器,我们可以控制它的飞行情况,而那些已经结束使命的航天器是没法控制的。这些失控的航天器在太空中溜达,就像那些陨石、小行星碎片、彗星碎片、流星体之类的小碎片那样。它们无处不在,我们现在能做的只是对其进行监测。
这些航天器或者太空垃圾在飞行过程中,可能会和其他的航天器、太空垃圾发生碰撞。一旦发生碰撞的话后果不堪设想。因为这些航天器、太空垃圾的飞行速度都很快,意味着碰撞的话能量巨大,可能会摧毁航天器,从而产生大量太空垃圾。
在2024年12月18日,美国一颗已经报废的DMSP-5D2 F14卫星在距离地面大约840公里的轨道上解体,产生的卫星碎片多达50多块。在2024年10月19日,美国波音公司制造的Intelsat 33e(又称IS-33e)高轨卫星也发生解体产生了57块碎片。
在最近这几年时间,卫星解体的情况比较常见,前文提到的那两颗卫星解体产生的碎片都超过50块,这还只是被发现的碎片,可能还有很多尺寸很小的碎片没有被发现。
为了解决太空垃圾的问题,现在的航天器和以前的不同了,一般情况下,当这些航天器即将结束使命时,会预留一定的燃料用来变轨,降低飞行高度,然后重返地球,这样一来的话,就不会长时间留在近地轨道了,从而可以减少太空垃圾的数量。
“星链”卫星大批坠落焚毁
有一些卫星已经在轨飞行了几十年,变成了太空垃圾,但是它们在短时间内都不会掉下来,像前文那颗失联46年后再次传回信号的LES-1卫星,当然也有很多卫星在轨飞行没多久就掉下来。这段时间,大量星链卫星坠落地球烧毁的话题引起了大家的关注、热议,在过去5年时间内,有583颗星链卫星坠落地球。
在2020年,开始有星链卫星坠落,不过当年只有2颗星链卫星坠落地球而已。在2024年坠落地球的星链卫星数量飙升到了316颗,在2025年1月也有超过120颗星链卫星坠落,这样算下来的话,在今年估计也有好几百颗星链卫星会坠落地球。这到底是什么情况?为什么现在这么多星链卫星坠落地球?
NASA戈达德航天中心的研究人员在国际学术期刊Frontiers上发表了名为《在第25太阳活动周期上升阶段追踪星链卫星的再入过程》的论文。在2019年,星链卫星才开始发射,当时太阳活动正处于本周期的低谷期,所以太阳活动不活跃,接下来的几年时间内,太阳活动越来越活跃了,在2024年差不多达到了本周期的高峰期,也就是达到了“太阳极大期”。这和星链卫星坠落地球数量急剧上升有非常显著的相关性。
根据NASA掌握的数据,当前星链卫星的情况也不是很乐观,因为太阳活动在2019年12月进入第25周期,预计在今年7月会达到极大期,在接下来的一段时间内,太阳活动都会非常强烈,地球可能会爆发地磁暴现象。
而地磁暴现象的爆发会让地球大气层加热,从而使得高空的空气向外太空膨胀,就算是在近地轨道飞行的航天器,也会面临更大的空气阻力,它们的速度衰减会更加明显,于是就会有一些地轨道的卫星坠落地球。在过去几年时间内,大量星链卫星坠落地球的罪魁祸首就是太阳活动,太阳活动月活跃、地球地磁暴越强,卫星再入的速度就越快。
除了星链卫星外,还有其他地轨道的卫星坠落地球。NASA的研究表明,在2020年到2024年期间,全球一共有1190颗低地球轨道卫星坠落,其中有583颗卫星是美国星链卫星,差不多占了一半。毕竟星链卫星的数量非常多,已经有几千颗星链卫星在轨运行。
可能有一些网友好奇,既然太阳活动具有周期性,每隔11年就会出现活跃期、低谷期,按理来说之前也有太阳活动爆发剧烈的情况,为什么这颗已经失联了几十年的LES-1卫星都还没坠落地球,而有一些星链卫星发射没多久就因为太阳活动爆发而坠落地球呢?
原因很简单,那就是轨道高度的差异导致的。在太空飞行的卫星、探测器飞行轨道不是一样的,有一些航天器的飞行轨道比较低,有一些航天器飞行轨道比较高,像中国空间站、国际空间站在大约400公里的近地轨道运行,而失联了几十年的LES-1卫星可能在距离地球大约1500公里远的范艾伦辐射带运行,有一些星链卫星的轨道在两三百公里而已。
如果飞行轨道越高,空气密度越小,空气阻力就越小,这些航天器的飞行速度衰减比较慢,能够很长时间在轨飞行。而飞行轨道越低,空气阻力就越大,航天器飞行速度衰减就会越明显,坠落地球的时间就越早,没法长时间在轨飞行。
像我国第一颗东方红1号卫星已经在轨飞行了半个多世纪了,它到现在都还没重返地球,还在外太空飞行,因为它的飞行轨道很高,近地点为441公里、远地点为2368公里的椭圆轨道,这里几乎没有什么空气阻力,即使飞行了几十年,东方红1号卫星的轨道高度仅下降约10公里而已,理论上还能飞行几百年或者更长时间。