IT之家 1 月 5 日消息，据 space.com 报道，太空碎片正成为一个日益严重的问题，而且不仅仅存在于地球轨道上。

平均每周都会有一艘航天器（或其残骸）坠入地球大气层。这些物体大多是已耗尽燃料的火箭箭体，也有部分是因低轨道高度不断衰减，最终坠入大气层的报废卫星。它们就像人造流星，但绝大多数都会在下落过程中解体消失，这是高速与空气摩擦产生的高温和撕裂力导致的结果。不过，仍有部分碎片能在大气层中留存足够长时间并最终坠向地面，小至尘埃微粒，大至完整的推进剂贮箱，而这会引发严重的问题。

这些失控碎片有可能撞击到正在飞行的飞机，尽管这种风险目前概率较低，但正持续攀升，迫使专家们着手研究降低风险的方案。

迄今为止，我们尚属幸运

即便在太空，升空之物终有坠落之时：废弃火箭箭体、失效卫星以及其他各类太空碎片，正以越来越高的频率重返地球大气层。随着卫星星座的大规模部署和航天器发射活动的日益频繁，失控坠落的太空碎片所带来的风险只会与日俱增。

加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究人员在 2025 年初发表的一篇论文中指出，未来一年内，太空碎片在失控重返大气层时，有 26% 的概率会坠入全球部分最繁忙的空域。而碎片与飞机发生实际碰撞的概率虽低，但已可量化：2020 年的一项研究显示，到 2030 年，任意一趟商业航班遭遇坠落太空碎片撞击的概率约为千分之一。

这个概率或许并不算高，但考虑到任意时刻都有数千架飞机穿梭于天际，这无疑相当于进行了成千上万次“豪赌”。更关键的是，这场赌局的赌注极高 —— 风险的评估不仅要看事件发生的可能性，还需考量其潜在后果。上述 2020 年的研究就指出，一旦发生撞击，可能导致数百人丧生。这一方面是因为商业航班载客量巨大，另一方面则是因为在高空环境下，即便是微小的碎片，也足以对飞机造成致命灾难，尤其是对喷气式发动机而言。

“飞机极易受到小型碎片的影响。比如，飞机穿越火山灰云时会面临风险，原因就在于那些微小的火山灰颗粒，”欧洲空间局太空碎片系统工程师本杰明・维尔吉利・巴斯蒂达在接受采访时表示，“重返大气层的太空碎片，也可能引发类似的危险。”维尔吉利・巴斯蒂达及其团队近期在《空间安全工程期刊》上发表了一篇论文，阐述了针对坠落太空碎片，如何判断何时、何地关闭空域所面临的诸多挑战。

近年来，发生过数次太空碎片险些危及航班、导致空域关闭的情况。例如，2025 年夏季，一枚 SpaceX 的航天器在欧洲上空重返大气层，引发了空域管制。不过迄今为止尚且幸运，并未发生过碎片撞击飞机的惨剧。但要想延续这份幸运，同时避免因毫无必要地大面积、长时间关闭空域而造成空中交通瘫痪，就需要相关方从多个层面付出巨大努力。

“我们开展这些研究，旨在探寻对飞机构成威胁的风险阈值究竟是多少，”维尔吉利・巴斯蒂达表示，“当风险达到何种程度时，我们才需要采取应对措施？”

解决这一难题的其他关键举措包括：减少能够坠入民航客机主要飞行高度层（约 3 万至 4 万英尺，即 9144 至 12192 米）的碎片数量；更精准地预测航天器重返大气层的时间与落点；加强空间机构与空中交通管制部门之间的协作，简化决策流程。而这些举措的实施难度，远超人们的想象。

巨大的误差范围

据IT之家了解，准确预测失控卫星坠入大气层的具体时间和位置，至今仍是一个难题。即便在航天器即将坠落前的最后一两圈轨道运行期间，预测的时间误差仍可能长达数小时。而考虑到绝大多数重返大气层的卫星飞行速度极快，数小时的时间误差就意味着数千英里的落点偏差。这种巨大的不确定性，让空中交通管制部门陷入两难境地：要么不采取任何行动，冒着危及生命安全的风险（即便概率很低）；要么关闭大片空域，但这必然会造成数百万美元的经济损失，并引发需要数小时才能疏导的航班延误。

“我们希望能做出更精准的判断，在确保安全的前提下，尽可能缩小预警窗口和空域管制的范围，”安全世界基金会私营部门项目高级主管、航天航空分析师伊恩・克里斯坦森在接受采访时表示。他还补充道，美国联邦航空管理局（FAA）和国际民用航空组织（ICAO）目前已与航天发射企业展开合作，其中包括 SpaceX、联合发射联盟（ULA）以及蓝色起源（Blue Origin）等，旨在为火箭发射制定更精准、更具体的空域管制方案。而这些合作经验，或许也将应用于应对航天器返回大气层产生的碎片问题。

要实现这一目标，空间机构和空中交通管制部门需要掌握两类核心信息：第一，航天器将在何时、何地坠入大气层？有多少碎片能够完整地坠落到 4 万英尺的高度？这些碎片具体会在何时、经过哪片空域坠落？

第二，这些碎片对途经飞机的威胁究竟有多大？答案取决于碎片的尺寸、速度以及飞机自身的机型和飞行状态。研究人员目前正致力于构建相关模型，以提供更精确的风险评估结果。之后，就需要空间机构与空中交通管制部门协同合作，判定风险达到何种程度时需要关闭特定空域，以及管制的时长。

“如果我们对所有潜在风险都采取应对措施，那么全球半数空域都将时不时受到影响，这显然不切实际，”维尔吉利・巴斯蒂达说，“我们是应该对所有可能坠落到地面的物体都采取管制措施？还是像应对长征五号 B 火箭那样，只针对体积极大的物体采取行动？”

各国负责航空和空中交通管制的机构（如美国的联邦航空管理局、中国的民用航空局）最终必须明确，太空碎片坠落的风险达到何种程度时，才需要启动空域关闭程序。相关判定标准可能需要综合考量碎片的预计尺寸以及撞击概率等因素，例如可以制定这样的标准：“当碎片被吸入喷气式发动机的概率达到 1/3720 时，就应当关闭相关空域。”（此处数值仅为举例说明。）

更精准的预测需要更多数据支撑

预测误差之所以如此之大，部分原因在于我们对高层大气（海拔 62 至 124 英里，即 100 至 200 公里）的详细物理特性知之甚少。事实上，“高层大气边缘”这种说法具有误导性，因为从真空环境到大气的过渡是一个渐进的过程，而过渡区域的具体海拔高度，会受温度等多种因素影响，包括太阳活动的活跃程度。所有这些因素，都会影响大气阻力减速并拉拽航天器坠落的速度。

卫星极少会在这一稀薄的大气区域停留，而且大多数卫星在进入该区域时，已经处于报废状态，并会在与稀薄空气的摩擦作用下开始解体。

“我们对这一高度的大气区域了解甚少，因此相关模型只能通过对上下层大气的研究数据进行推测得出，”维尔吉利・巴斯蒂达表示。

构建更精准的模型需要更多的数据支持，而欧洲空间局即将开展的“龙形”（DRACO，全称“破坏性重返大气层评估舱体目标”）任务，就是获取这些数据的途径之一。该任务计划于 2027 年底发射，届时将通过 200 个传感器，全方位、高精度地测量一颗小型卫星在坠入地球高层大气过程中的解体情况。其目标不仅是追踪卫星下落的轨迹，还包括精准记录卫星不同部件燃烧、解体的具体时间和海拔高度。

为实现这一目标，“龙形”任务的首席系统工程师亚历克斯・罗森鲍姆及其团队，为任务舱体配备了多种不同材料制成的部件，每个部件都安装了传感器，用于测量其温度变化以及在高温中损毁的时间和海拔高度。舱体内甚至还设置了一个模拟推进舱和一个复合材料燃料贮箱 —— 尽管“龙形”任务舱本身并无实际推进系统。该任务舱最终会在大气层中完全解体，而这正是任务的设计目标。舱内搭载的一个黑匣子（功能类似于商用飞机的飞行数据记录仪），将通过降落伞脱离高空解体的舱体，从而保存关键数据。

“这是一项非常特殊的任务，因为它的在轨运行时间极其短暂，”罗森鲍姆在接受采访时表示，“我们为之付出了数年的努力，而任务的实际运行时间却只有短短几个小时。”

与此同时，机构间太空碎片协调委员会（IADC）也在开展相关工作。该委员会由 13 个空间机构组成，成员包括日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、欧洲空间局（ESA）、俄罗斯国家航天集团（Roscosmos）、中国国家航天局（CNSA）以及印度空间研究组织（ISRO）等。该委员会每年都会开展一项名为“重返大气层行动”的演练活动：成员机构会从未来数月内即将坠入大气层的报废卫星中，挑选一个“具有研究价值的测试案例”，然后共享该卫星的相关信息以及各自对其重返大气层时间和轨迹的预测数据。在卫星完成坠落后，成员机构会将实际情况与预测结果进行对比，从而检验并优化预测模型。这项工作虽然进展平稳、成果渐进，缺乏戏剧性，但却至关重要。

“重返大气层行动”演练和“龙形”任务，都将有助于提升预测的精准度，并为如何通过优化卫星和火箭箭体的设计，使其在高空尽可能完全解体，从而减少太空碎片数量提供思路。但当空间机构和空中交通管制部门掌握了这些数据后，还需要有人来决定如何加以运用。

具体的解决方案是什么？

第一，加强机构间的沟通协作

空中交通管制人员和各国航空管理部门，需要从太空交通和太空碎片监测机构那里获取准确信息，并保持常态化沟通。以美国为例，联邦航空管理局和交通部既负责监管航空领域，也承担着航天发射的管理职责。在联合国层面，联合国外层空间事务厅正与国际民用航空组织秘书处展开合作，搭建信息交流平台，助力专家们共享数据、开展联合研究。

第二，建立跨国协同机制

由于航天器的坠落轨迹往往会跨越国界，因此多个国家的航空管理机构和空中交通管制部门需要具备协同沟通和联合规划的能力。

维尔吉利・巴斯蒂达及其团队强调，建立能够确保未来类似事件得到妥善处置的协同机制至关重要，而且这项工作必须在下次事件发生前完成。这种协同机制很可能会以标准规范的形式呈现，即明确在特定情况下应采取何种应对措施的判定标准和操作指南。在航空领域，这类标准通常由各国的航空管理机构（如美国联邦航空管理局、欧洲航空安全局）或国际组织（如联合国下属的国际民用航空组织）制定。

“航空领域的发展高度依赖标准规范，而如今航天领域也在积极推动相关标准的制定工作，”克里斯坦森表示，“这些标准将为我们提供技术缓解方案和技术解决方案的研发框架，并推动这些方案在国际协同的基础上，于各国落地实施。”

“不必杞人忧天”

未来，因太空碎片坠落而导致的空域关闭或航班延误，或许会变得像因天气原因导致的延误一样常见。但在维尔吉利・巴斯蒂达设想的理想未来中，人们甚至不会察觉到这些管制措施的存在 —— 因为航天器的坠落轨迹能够被提前精准预测，航班计划可以提前规划，绕开受影响的空域。

“我对这一问题的解决持乐观态度，相信我们能够在技术层面和操作层面取得显著进展，”克里斯坦森说。

与此同时，维尔吉利・巴斯蒂达建议，尽管政策制定者和工程师需要密切关注太空碎片与空中交通的安全问题，但普通旅客无需为此忧心忡忡、夜不能寐。

“遭遇太空碎片撞击的概率极低，远低于日常生活中我们面临的其他风险，”维尔吉利・巴斯蒂达表示，“因此，即便未来太空碎片重返大气层的事件频发，让人感到担忧，但这也不应成为你主要的顾虑。天不会塌下来。而我们正在努力，让这种风险变得更低。”