各国发射了那么多卫星,发射数量有没有饱和点?会相撞吗?

作者&投稿:承乖 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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目前来看发射的卫星数量远没有达到饱和点,人类从上世纪50年代开始发射卫星,到当前只发生了一次卫星相撞事件,但相撞的原因也不是因为太空卫星饱和,更不是因为轨道拥挤。

或许我们在浏览地球周边太空垃圾的图片时,会发现环绕着地球四周的卫星、碎片密密麻麻数以万计,在如此拥挤的轨道上很容易就发生碰撞。其实 这类图片是经过比例放大处理的,将地球缩小再将卫星放大 ,如果按照实际的比例来计算,地球要比卫星大N多倍,图片上的卫星肉眼根本无法呈现,就像我们人体与细菌的比例。

世界各国在发射卫星时,基本都会进行登记,且会进行相应的轨道计算,在各自固定的轨道上运行,各走各的路基本不会发生碰撞,除非轨道计算错误,就像当年 美国与俄罗斯卫星相撞 ,就是因为 美国的卫星轨道计算错误而导致的 ,不过这种实在是小概率事件。

外太空卫星轨道并不是固定的一个平面,而是360度无死角都可以运行,宽度无限,高度层无限,与地球的平面道路是完全不同的。当然也不排除未来卫星越来越多,产生碰撞的可能性,因为 某些保密军用卫星可能并不公开轨道,一旦发生碰撞,危害的不仅是自身,产生的碎片也会波及周边卫星

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各国发射了那么多卫星,发射数量有没有饱和点?会相撞吗?

人造卫星是人们为了通讯、气象监测、导航、侦察、测绘、农业、环保等各种不同的需求,通过火箭发射到地球不同的轨道,实现围绕地球运行的人造装备。在人们的印象中,地球上空的宇宙空间非常辽阔,应该会容纳非常多的卫星体,那么有没有一个承受最大数量的饱和点呢?答案是肯定的,因为可以围绕地球运行的外围有效轨道毕竟是有高度区间限制的。

卫星轨道

在发射卫星之前,必须要根据不同的用途,来确定卫星围绕地球运行的轨道,不同的运行轨道距离地球的高度也就会有一定的差异。国际上,通常依据距离地球不同高度区间的轨道范围,将卫星轨道划分为低轨、中轨和高轨3个大的区域。

当然,低轨也不是越低越好,因为根据万有引力公式和向心力公式:

我们可以计算出卫星围绕地球能够做匀速圆周运动,所需要的最小速度:

v= ( GM/r )^(1/2)

r为距离地心的距离,可以看出,距离地面越近,则所需要的沿着轨道切线方向的最小速度就越大,而通过火箭给这个卫星的初始速度就越大,所需能量就越高,达不到这个速度卫星就会坠落回地面。同时,在距离地面100公里以下时,地球的大气层密度还是很大,虽然只为海平面上空空气密度的一百万分之一,但是对于卫星来说,在这个高度以下,卫星运行过程中表面与空气分子的摩擦依然较大。因此,在1960年第53届巴塞罗那国际航空联合大会上决定,将地表以上100公里以上的空间确定为航天空间,就是为了确保航天器最大限度地减少与空气之间摩擦带来的损耗或者损毁几率。

按照国际惯例,将120公里以上、2000公里以下的空间确定为低轨道区域;将2000公里以上、20000公里以下的空间确定为中轨道区域;将20000公里以上的轨道确定为高轨道区域。当然也不是越高越好,因为距离地面距离过高,当超过3.6万公里之后,由于运动速度会低于地球的自转速度,而且难以成像,应用意义就不大了。处于不同高度轨道的卫星,其主要用途存在着一定的差异:

卫星的发射

由于不同高度的卫星,在发射过程中所需的时间有长有短,而且需要克服的地心引力所做功的大小也会不一样,因此对于三种高度的轨道卫星,在将它们送入预定轨道时,必须采用不同的能源供给方式。

卫星的饱和点

卫星在运行过程中,由于引力波动、高能粒子冲击以及其它一些因素的影响,其实际运行轨道与设计轨道之间不可避免地会产生一些细微的偏差,而且距离地球越远、运行时间越长,这种偏差就会逐渐放大,而且卫星的调整一般都带有一定的滞后性,因此国际上对于地球同步卫星的要求,需要卫星与卫星之间的距离一般要大于1000公里,漂移范围要在±0.1°之间。因此,国际上对于同步卫星的最大饱和点的设定在1800颗,目前全世界已经发射了同步卫星300多颗。

而从全部高度的轨道卫星来看,距离地面越近的轨道,所能容纳的卫星数量越少,如果以1000公里为分隔线,那么地球所以航天空间所能容纳的人造卫星数据应该在4万左右,目前全球共向太空发射人造卫星近7000颗,仍在太空中的有3600多颗,与上限还有较大的差距。但是4万这个数值仅是理论计算出来的结果,而实际上由于卫星运行轨道偏离可能具有一定的突发性,以及由于卫星发射带来太空垃圾的影响,实际上应该达不到这个数量。

在已经发射的近7000颗人造卫星之中,目前已经失效的就有5000多个(包括已经完成使命坠入地球和尚未坠入地球的),仅有1000多颗仍在运行,而留在太空中不再运行的卫星就有2000多颗,这些都已经成为“太空垃圾”,对新发射卫星以及已经发射卫星的运行带来巨大隐患。在2009年,美国一颗商用通信卫星与俄罗斯一颗已报废的通讯卫星就在空中发生了碰撞,随着人类发射卫星数量的增多,这种因不可控因素带来的卫星相撞事件估计还会上演。

总结一下

卫星围绕着地球运行,即需要稳定的轨道线速度,也需要根据不同的用途所匹配的轨道高度。在确保可用性、精准性和安全性的前提下,卫星之间必须要保持必要的安全距离和漂移角度,所以地球上空人造卫星的数量肯定存在着饱和点,初步估算这个数量在4万颗左右。而在不可控因素以及众多太空垃圾的影响下,随着人类发射卫星数量的增多,卫星相撞的现象的几率会越来越高,这也成为世界各国航空航天事业发展中必要要面对和尽量解决的重大问题。

早前,俄罗斯的一颗卫星就和美国的卫星相撞了,所以,地球外太空卫星数量越来越趋向饱。而且空间比我们计算的更少,这是由于入卫星等航天器爆炸,碰撞解体产生的碎片数量极多,占用的空间很大,小小的一个碎片也会对同轨道或交叉轨道上的卫星产生致命的伤害。

现在 科技 还没有好办法清理地球周围的太空垃圾,这使以后发生卫星等航天器的发射和在轨运行的风险系数越来越大。特别是对太空行走,修理太空飞船的宇航员来说,危险更大。

最后说点个人想法,人类 科技 发展,从污染地表,地下,到地球太空中去了。我不知道 科技 的终极目标是什么。




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