汤儒峰, 翟东升,2, 张海涛, 皮晓宇, 李春晓,3,伏红林, 李荣旺,2, 李祝莲,2, 李语强,2

(1. 中国科学院云南天文台, 昆明650216; 2. 中国科学院空间目标与碎片观测重点试验室, 南京210034; 3. 中国科学院大学, 北京100049)

1 引言

自20 世纪50 年代末首颗人造地球卫星Sputnik 1 升空以来, 人类航天活动日趋频繁, 作为其伴随产物, 火箭残骸与喷射物、 失效荷载、航天器解体、 爆炸以及碰撞而产生的大量碎片不断增多, 逐渐形成了一个人为的空间碎片环境,这对有限的轨道资源构成了严重的威胁[1]。 大力发展对空间碎片的跟踪监视新技术, 增强对空间碎片环境的碰撞、 规避、 预警能力, 对保障航天活动的安全和可持续地开发利用空间资源具有极其重要的科学价值和现实意义[2]。

空间碎片的尺度从米级到微米级不等, 截止到2018 年底, 尺寸大于10cm 的碎片数量约为2.3 万个; 大于1cm 的碎片数量约为90 万个; 大于1mm 的碎片数量数以亿计[3]。 这些碎片主要集中于低轨区(LEO, 轨道高度为2000km 以下)、中轨区(MEO, 轨道高度约20000km) 和地球同步轨道区(GEO, 轨道高度约36000km), 其中低轨区分布较为密集(约3000t), 被NASA 轨道碎片计划办公室(ODOP) 编目的碎片多集中在轨道高度为600 ～1000km 的空间范围内。

数量众多的空间碎片给在轨执行任务的空间目标带来了极大威胁, 这种威胁最典型的例子是2009 年众所周知的铱33 和宇宙2251 两颗卫星的碰撞, 这一灾难性的碰撞事件产生了数以千计的空间碎片, 使得空间环境更加恶劣[4]。 2016 年8 月,哨兵-1A (Sentinel-1A) 卫星太阳能电池帆板遭受一个尺寸约为1cm 的空间碎片撞击, 此次事件不但使得该卫星受到了永久性的损伤和姿态变化,并产生了至少8 个空间碎片[5]。……