03.07 全世界發射了那麼多衛星,難道在宇宙中不會相互碰撞到嗎?為什麼?

臥龍先生也


2009年2月10日,美國的一顆銥星衛星和俄羅斯的一顆廢棄衛星在太空發生碰撞,這是歷史上的首次人造衛星相撞事件。

人造衛星在太空中飛行時由萬有引力提供向心力,由計算可以知道,同一軌道上向同一方向運行的衛星具有相同的線速度,不必擔心同一軌道上的衛星會發生碰撞。2009年美俄衛星兩顆衛星之所以相撞,是因為它們在不同的軌道上,並且軌道有交叉,碰撞恰好發生在兩顆衛星都運行到交叉點上。這樣的碰撞概率還是比較小的。

隨著各國發射的衛星越來越多,衛星發生碰撞的概率會相應的提升。尤其是低軌道上的廢棄衛星,其軌道高度會逐漸降低且無法人為干預,這樣的衛星就是一塊巨大的太空垃圾,很可能威脅到其他衛星或飛船的正常飛行。像印度經常一次將幾十個小衛星送上太空,這些小衛星很多運行了幾天就成了太空垃圾,而且由於其個頭小難以追蹤,印度的這種行為讓很多國家大為惱火。

衛星碰撞這種事情儘管發生的概率比較低,不過一旦發生了一次碰撞就會產生大量的太空垃圾,其他衛星受到的威脅會陡增。

為了應對這一情況,一些國家成立了專門的太空垃圾監測機構,中國的國家天文臺就有專門監測太空垃圾的國家航天局空間碎片監測與應用中心。另外,各國衛星的發射也需要嚴格的審批,需要向國際電信聯盟求得批准。胡亂發射衛星會引起公憤的。


刁博


當然不會碰撞,之所以有這樣的疑慮可能是題主看多了太空垃圾的示意圖了。

這這張圖中,衛星的密度很大,給人的感覺就是馬上要撞在一起了。

其實這樣的圖是誇大了事實。因為紙面上的地球就那麼小,如果按照真實比例描述衛星,那麼衛星連一個像素點都算不上。

其實我們思維模式中有個錯誤總是認為宇宙空間充滿著密密麻麻的天體。其實宇宙是極其空曠的。



衛星高度基本在兩萬公里上,所以衛星高度上的空間比地球大了好幾個數量級。衛星在太空中的位置大小就相當把一條船放在海洋上。

除非衛星有意受控碰撞,要不然意外碰撞在一起的概率幾乎忽略不計。

其實我們還經常誤解一件事。那就是地球基本上繞太陽是圓形軌道。

地理書上為了凸現近日點和遠日點刻意把地球軌道畫成很明顯的橢圓形,如果按照真實比例,那麼課本書上看到的地球繞日軌道就基本是個圓。



其實地球近日點為1.471億公里,遠日點為1.52億公里。近日點與遠日點相差500萬公里。相對於1.5億公里才有500萬公里的差值。就相當近日點為30米,而遠日點為29米。


科學認識論


這是人們對空間尺度上的一種誤判,因為很多人對空間有多大沒有一個準確的概念,類似的例子還有一些大城市,比如北京上海,修了很多條地鐵,很多人就會常說,修這麼多地鐵,把城市地下都掏空了。

而實際上,例如北京五環內面積約667平方公里,目前地鐵里程600多公里,車站近400座,那麼大致統計一下,整個地鐵地下部分的總面積也就20平方公里左右。而且,這20平方公里還是分佈於整個667平方公里的區域內,那麼所佔的比例就很小了

回到衛星上,這個空間就變成整個地球上空幾百公里的立體區域,這個區域可比一個城市要大上10萬倍以上。那麼,這個區域內有多少衛星呢?

衛星按運行軌道是這麼分的:

近地軌道,範圍在距離地面300~1000千米的內,運行週期為1.5~2個小時,這裡目前運行著大約2300顆各類衛星。

太陽同步軌道,範圍在距離地面400~800千米的內,運行週期為1.5~2個小時,這裡目前運行著大約600顆各類衛星。

上面這兩個區域是衛星最密集的區域,總共近3000顆衛星,但是分佈在整個地球表面上空1000千米以內的空間中。這個密度估計與一滴鹽水融入到一個淡水湖內的比例差不多了吧。

除了上面兩個軌道外,還有高橢圓軌道,高度在10萬千米,軌道週期2~20個小時,這類衛星大約有500顆。

地球同步軌道,高度36000千米,軌道週期23小時56分,這類衛星大約1000顆。

以上就是主要的衛星分佈,從數據上可以看出,衛星雖然有幾千顆,但是分佈的空間太大了。因此,實際上衛星之間的距離是非常遙遠的。至於碰撞,除非人為控制讓其相撞,否則的話是不可能的。


寒蕭99


全世界發射了那麼多衛星,難道在宇宙中不會相互碰撞到嗎?

從理論上來看,人造衛星的軌道都是事先規劃好的,它們在各自的軌道上運行永遠都不會相撞!但事實上卻會因為失控或者軌道衰減脫離原來的軌道,而此時衛星早已廢棄,無法再調整其軌道,久而久之,整個體系運行的不確定性因素就會加大,最終導致兩顆衛星的撞車事件!

2009年2月10日發生的美俄衛星撞車事件,俄方是一顆早已廢棄的軍用通信衛星“宇宙2251”,另一顆是美國銥星公司的“銥星33”,相撞地點是西伯利亞上空的近地軌道,撞擊產生了大約12000塊太空碎片,據俄羅斯航天專家評估,這些碎片可能會影響前蘇聯早期一顆攜帶了核反應堆的廢棄衛星,可能會導致更嚴重的後果!

衛星的軌道分類

瞭解衛星為什麼會相撞以前,我們先來了解下衛星的幾種軌道,如果按軌道高度來分,那麼有近地軌道(小於1000千米),中高地球軌道(1000-20000千米),以及高軌道(大於20000千米),從理論上來看軌道越高,衛星密度越低,相撞可能性也越低,因此我們把軌道介紹放在近地軌道!

近地軌道:簡稱是LEO,一般火箭的LEO軌道運載能力是一個非常重要的參考指標,而這個軌道距離地面比較近,因此大多數對地觀測衛星、測地衛星、空間站以及一些新的通信衛星系統都會採用近地軌道,比如ISS國際空間站和天宮空間站,還有X-37,以及大量的間諜衛星等,都會在這個軌道遊蕩!

當然空間站高度還必須考慮補給和範艾倫輻射帶的威脅,一般最經濟的軌道就是400千米左右,上圖中ISS就會穿過一個南北向衛星軌道帶,其實因為近地軌道的任務不一樣,軌道交叉是非常正常的事情,比如地球資源衛星,需要在環繞地球的過程中一次次對地表拍攝,因此穿過極地的軌道無疑是最合適的!而相空間站這種需要大量補給的航天器,就必須考慮每次補給飛船靠泊時的成本,因此與地球自轉方向帶一些傾角的就成了必然選擇(可以利用自轉速度降低燃料消耗)。

赤道軌道:傾角為0度,衛星軌道平面 與地球赤道平面重合,衛星始終在赤道上空飛行。

極地軌道:傾角為90度,衛星軌道平面與地球赤道平面垂直,衛星飛躍南北兩極上空。它的星下點軌跡可以覆蓋全球,是觀測整個地球的最合適的軌道。氣象衛星、資源衛星、偵查衛星經常採用這種軌道。

傾斜軌道:軌道傾角既不是0度又不是90度,統稱傾斜軌道,分為順行軌道和逆行軌道。

順行軌道:傾角大於0度小於90度,衛星自西向東順著地球自轉的方向運動。

逆行軌道:傾角大於90度而小於180度,衛星自東向西逆著地球自轉的方向運動。

不同的任務不同的軌道,即使相同的軌道高度也不同,設計上大家都相安無事,但再完美的系統都會有出錯的時候,況且還是衛星這種有大量不確定因素存在的航天器。

衛星為什麼會相撞

前文說了美俄衛星相撞,俄羅斯的“宇宙2251”是一顆廢棄衛星,而美國的“銥星33”是一顆在軌正常工作的衛星,按理廢棄衛星軌道檢測到會與在軌衛星相撞時,那麼可以調節在軌衛星的軌道,讓其抬升軌道避免相撞,但不知因何原因,“相關部門”失職了,或者說根本就沒事先檢測到這一動態,也許“宇宙2251”受到太陽風活動影響最近才大幅改變軌道。

另一個因素則是人為的在軌實驗,比如中美反衛星試驗,一般1000千米軌道以下的廢棄衛星作為目標的成本相對較低,因此人工控制撞擊目標摧毀衛星,這些也是一個可能。

另外廢棄的衛星相撞產生更多的碎片造成更大規模的相撞事件,《地心引力》就表述了這樣一個故事,美國航天飛機在低軌道工作時,接到休斯頓告警,在地球的另一端軌道上兩顆衛星相撞導致了更大規模的災難,使得緊急預警無法及時撤退,直接摧毀了航天飛機,只剩下男主和女主逃過劫難,開啟了漫漫太空的迴歸之路!

關於太空垃圾與清理

各位可不要以為衛星軌道上就只有衛星,還有大量比如“擺渡飛船”,比如將衛星送上軌道的俄羅斯“微風級”,或者我們叫做“上面級”,或者早期的三級火箭等,都可以在軌道上留存很久,這些物體由於體積比較大,沒有燃料維持軌道,因此它們軌道維持能力極差,這有一個好處,即很快就會掉落大氣層燒燬,但由於軌道變化大,甚至可能還在翻滾,因此對它們的準確軌跡確定是比較困難的。

早期都對此不作處理,任其遊蕩,在現代火箭發射中,基本都會對留軌物體做軌道無害化處理,即控制其早日墜毀,但這已經是2000年以後的事情,從1957年開始到2000年初,人類不知道送了多少個物體上太空,而絕大多數都留存在近地軌道。

另外一個就是人為產生的垃圾,上文說明了反衛星試驗,這是其中一種,另一種則是宇航員在工作時不慎遺失工具,還有更惡劣的是國際空間站美國宇航員在幾年前將太空垃圾直接丟棄,這種行為將嚴重影響航天器的安全。

英國一些航天專家提出一個捕獲軌道碎片的方法,向目標發射一個網罩增加其阻力,使其加速墜落大氣層的計劃,或者也有使用激光加熱使其改軌道下降等,但無論哪個都不可能在一時半會達到徹底清理近地軌道目的的,因為碎片實在是太多了,清理的成本將會超過以往將其送上太空的成本,因為當年送上來的是一顆,現在有可能是N顆。


星辰大海路上的種花家


  空間很大,軌道很多,幾萬顆衛星很難撞到。但通訊衛星只有赤道上空同一高度35800公里,位置緊張,國際有協調機制。2009年2月10日,美國的一顆銥星衛星和俄羅斯的一顆廢棄衛星在太空發生碰撞,這是歷史上的首次人造衛星相撞事件。

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  人造衛星在太空中飛行時由萬有引力提供向心力,由計算可以知道,同一軌道上向同一方向運行的衛星具有相同的線速度,不必擔心同一軌道上的衛星會發生碰撞。2009年美俄衛星兩顆衛星之所以相撞,是因為它們在不同的軌道上,並且軌道有交叉,碰撞恰好發生在兩顆衛星都運行到交叉點上。這樣的碰撞概率還是比較小的。

  

  衛星高度基本在兩萬公里上,所以衛星高度上的空間比地球大了好幾個數量級。衛星在太空中的位置大小就相當把一條船放在海洋上。除非衛星有意受控碰撞,要不然意外碰撞在一起的概率幾乎忽略不計。

  隨著各國發射的衛星越來越多,衛星發生碰撞的概率會相應的提升。尤其是低軌道上的廢棄衛星,其軌道高度會逐漸降低且無法人為干預,這樣的衛星就是一塊巨大的太空垃圾,很可能威脅到其他衛星或飛船的正常飛行。總之,在全世界發射的那麼多的衛星,未來會不會碰撞到不太好下結論。

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全世界發射了那麼多衛星,難道在宇宙中不會相互碰撞到嗎?

高中物理就學過,衛星繞地球運動都是有特定軌道的,不同軌道的衛星運行的速度和運行的高度一般不一樣。根據萬有引力定律可知道,軌道越高的衛星運行的速度越小、週期(繞地球運行一圈的時間)越長。

所以,不同衛星一般都有自己的軌道,它們在各自軌道上穩定運行,發生衛星碰撞的可能性非常小。下面我們來看看衛星運行軌道的分類及其特點 :

按照軌道傾角大小,衛星的軌道可分為:赤道軌道、極地軌道、傾斜軌道(分順行軌道和逆行軌道)。

1、赤道軌道:傾角為0度,衛星軌道平面 與地球赤道平面重合,衛星始終在赤道上空飛行。

2、極地軌道:傾角為90度,衛星軌道平面與地球赤道平面垂直,衛星飛躍南北兩極上空。它的星下點軌跡可以覆蓋全球,是觀測整個地球的最合適的軌道。氣象衛星、資源衛星、偵查衛星經常採用這種軌道。

3、傾斜軌道:軌道傾角既不是0度又不是90度,統稱傾斜軌道,分為順行軌道和逆行軌道。

雖然說各個衛星都有自己的特定軌道,但是隨著各國發射衛星的數量急劇增多,軌道資源越來越緊張,特別是同步衛星軌道。

同步衛星由於是要相對地球自轉時是靜止的,也就是衛星繞地球運動方向要與地球自轉方向一致,而且衛星運行週期要和地球自轉週期一致(也就是1天),所以這類衛星必須是定點於赤道上空某個特定高度(大約是36000公里),即所有國家的同步衛星共有一根軌道,這樣就看誰先搶到位置了。

隨著衛星數量越來越多,有些廢棄的衛星由於沒有能量,就會在太空中飄蕩,成為太空垃圾,這些太空垃圾對正常衛星造成一定的威脅,需要進行清理。


大熊高中物理


這種想法多半是受到網絡上所謂的“示意圖”的影響,認為衛星在地球上空會比較密集,加上速度很快,是不是很容易就會碰到!

比如說,我們經常會看到太陽系內小行星帶的分佈示意圖,感覺小行星帶密密麻麻都是小行星,事實上遠不是那樣,小行星的分佈十分稀疏,相距至少幾十萬公里,如果真按真實比例描述小行星帶,你不會在示意圖上看到任何一顆小行星!

同時,很多科幻電影也歪曲了事實,我們經常看到宇宙飛船穿梭於很多隕石中,緊急避讓,這誤導了很多人。事實上,人類發射探測器穿過小行星帶時,從來沒有考慮過,也不需要考慮會撞上小行星,這種幾率太低了,可以忽略不計!

地球上面的外太空也基本類似,範圍非常寬廣,高度也不盡相同,別說是相互撞上了,就是人類故意去撞,也很難撞上,需要很高的精確度才可以做到!

說到這裡,不得不說下描述地球上空太空垃圾的示意圖,密密麻麻地圍繞著地球,這也是完全不正確的,事實上遠沒有那麼高的密度,這與描述小行星帶很類似,目的就是更好地理解,不然按真實比例你不會看到任何太空垃圾!


宇宙探索


在一般情況下,人造地球衛星是不會相撞的,只有在偶然的情況下且可能是由於工作人員的疏忽,才可能會導致衛星相撞。比如2009年2月10日發生的美俄衛星相撞事件,這個事件的雙方是俄羅斯的廢棄衛星以及美國商用的通訊衛星銥星,此前也曾發生過法國的衛星與太空垃圾相撞的事件。這表明,即便這一事件發生概率很小,但隨時都是有可能會發生的。

人造地球衛星根據其用途的不同,發射時會選擇不同的地球軌道,比如高度小於1000公里的近地軌道,高度在1000公里到20000公里之間的中高軌道以及大於20000公里的高空軌道。在近地軌道中,有著大量的通訊衛星,所以在這片區域中發生碰撞的概率最大,美俄衛星相撞就是發生在近地軌道中,美俄衛星之所以相撞是因為,俄方的廢棄衛星已經失去控制,處於“死亡”狀態,而美國商用的銥33號通訊衛星可以正常使用,可能由於美國方面的監測不力,沒有事先發現碰撞的可能性,也就沒有調整銥33的軌道,導致了相撞事件。

人類對於漂浮在太空中的碎片垃圾是時刻在監視著的,只有一些體型極小的碎片垃圾由於監測不到而不在監控範圍之內,在各國發射衛星時,會找出相對安全的發射窗口,避免發生碰撞事件。目前在1000公里以內的近地軌道中,地面設備可以監測得到的體型大於10釐米的太空垃圾高達1.8萬個,體型小於10釐米的太空垃圾更是多達10萬個,這些太空垃圾基本上來自於美俄兩國。雖然太空垃圾很多,但並沒有讓太空變得擁擠不堪,因為地球實在是太大了,這些垃圾分佈在如此廣袤的範圍內,也是極其稀疏的。

地面上人們可以利用雷達來探測低軌道的太空垃圾,用光學望遠鏡監測高空軌道的太空垃圾,可以時刻的瞭解這些太空垃圾的動向,讓正在使用的衛星很好的規避掉這些風險。像美俄衛星的相撞事件,實屬偶然,美國的監控網絡在第一時間監測到了碰撞事件的發生,但是卻沒能提前發出預警,可見即便地面部署了監控網絡,監測難度也是極大的,發出預警也不是很容易的事情。所以,減少太空垃圾才是關鍵。


科學船塢


會,2009年美國銥星33與俄羅斯已報廢的宇宙-2251衛星在西伯利亞上空發生相撞,是歷史上首次衛星相撞事故。這次事件到底是失誤造成還是故意為之,最後也沒明確結論。

歷史上由於美國和前蘇聯的太空競爭曾導致恐慌,因此聯合國主導下幾十個國家一塊簽署了和平利用地球外層空間的協議。所以現在地球外層空間是誰有能力就可以和平開發利用,只是航天是一項系統的工程,一般小國家玩不轉。為了防止衛星相撞的事件,衛星軌道的利用都是一個衛星佔據一個,並且和其他的軌道沒有交叉,有高度的差別,衛星發射之前就要在聯合國備案確定軌道,為的就是避免衛星相撞的事件發生,避免因此造成不良國際事件。也由於這些航天規定,目前極少發生衛星相撞事故。

2009年美俄衛星相撞,一般認為是由於衛星自然的軌道變化引起的,地球的引力是不打均衡的,因此對衛星的引力在不斷變化,衛星的軌道參數就會受到一定影響,像國際空間站那樣的航天設備,還需要定期地調整軌道高度;一般的衛星距地面高度也不是很高,大概也就幾百公里,而這個範圍嚴格說仍在地球大氣層內,雖然大氣已經十分稀薄,長期作用下仍然會對飛行器造成一定影響。因此現代衛星也需要攜帶一定燃料,為的就是根據監測改變軌道參數,也因此,現代一些國家在開發衛星捕捉和攻擊技術,也是一些專家懷疑2009年那次衛星事故是人為的原因。

地球外層空間的廣闊加上衛星軌道參數的唯一性,使得衛星相撞事件發生的可能很低很低,但是由於以前人類發射了很多衛星,現代很多已經完全失去聯繫,成為了太空垃圾,它們的軌道在不斷變動,成為影響人類航天器安全的重要因素。


來看世界呀


飛機會相撞嗎?各有各的位置呀!但衛星也有相撞的可能,比飛機相撞的概率都低得多!


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