凯斯勒综合症是什么？

　　图片来源：johan63 / Getty Images
　　在低地球轨道上的所有人造卫星中， 95% 是太空垃圾 ——火箭推进器、废弃卫星以及碰撞和爆炸碎片。如果我们找不到清理方法，所有这些碎片都会对活跃的卫星和太空旅行的未来构成潜在威胁。
　　在过去的一年里，我们看到了太空垃圾的危险： 2021 年 5 月，中国长征 5B 火箭的一块不受控制的大型碎片 飞回地球 ，6月，国际空间站的机器人手臂 被一块神秘的太空垃圾刺穿 ，谢天谢地，这没有影响船上的七名宇航员中的任何一位。
　　然后更糟糕的是， 11 月， 俄罗斯 的反卫星武器试验 在一颗＂死亡＂间谍卫星发射时，向空间界发出了冲击波，在低地球轨道上运送了1500个新的碎片。
　　减少轨道上空间垃圾量的必要性是显而易见的，为了找到做到这一点的方法，很多人已经进行了令人难以置信的研究，从使用 移动观测站 和雷达 跟踪空间碎片，到将空间垃圾回收 到火箭燃料中，或用猎杀卫星 和激光 将其完全清除。
　　这些都是旨在避免 凯斯勒综合症 的策略——2019年举行的 SCINEMA 国际科学电影节 上，《凯斯勒综合症》：空间碎片问题的主题，它描述了当轨道碰撞时可能发生的毁灭性多米诺骨牌效应，导致失控的沉降物级联，这些尘埃将继续拥挤在我们本已拥堵的低地球轨道上。
　　这部电影解释了凯斯勒综合征背后的科学，并以天体物理学家唐纳德 · 凯斯勒博士为主角，该现象以他的名字命名。
　　在尼尔 · 斯蒂芬森 2015 年的小说《七人行》中，他想象地球的天然卫星月球会碎成七块。这是一部科幻小说，当然，这个事件对地球上的每个人都有可怕的后果。
　　但如果月球破碎留下来的太空碎片云的想法看起来是科幻，请三思。据美国宇航局称，截至 2021 年 5 月 26 日，大约有 23,000 块 ＂ 比垒球大 ＂ （大于 10 厘米）的 碎片 环绕地球运行，速度超过28,000公里/小时——＂足够快，一块相对较小的轨道碎片可以损坏卫星或航天器＂。
　　还有更多 —— 更多。美国宇航局估计有 50 万块大理石大小（高达 1 厘米）的碎片，以及大约 1 亿块大约 1 毫米或更大的碎片。还有更多微米大小的碎片。
　　其中，美国国防部的全球空间监视网络正在跟踪只有 27,000 块轨道碎片，也称为 ＂ 空间垃圾 ＂ 。
　　美国宇航局于 1979 年在德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心设立了轨道碎片计划办公室，以跟踪轨道碎片环境， ＂ 支持美国宇航局所有项目和方案的风险评估 ＂ ，并 ＂ 评估卫星重新进入造成的人员伤亡风险 ＂ 。
　　该办公室主要由美国天体物理学家 Donald Kessler1978 年在《地球物理研究杂志：空间物理学》上发表的一篇 论文 《人造卫星的碰撞频率：碎片带的创建》的结果。
　　论文还引发了一种被称为 ＂ 凯斯勒综合征 ＂ 的现象，凯斯勒在 2009 年的一篇文章中将其描述为 ＂ 一个轨道碎片术语，在专业轨道碎片群落之外很受欢迎，但从未有过严格的定义 ＂ 。
　　Kessler 说，他认为这个词起源于一位同事 John Gabbard ，他为北美航空航天防御司令部（ NORAD ）工作，该司令部 ＂ 维护了轨道上人造物体的目录，但没有保持轨道事件的分解记录 ＂ 。
　　他说， Gabbard 可能在接受《大众科学》杂志采访时想出了这个名字。 ＂ 标签卡住了，成为一些科幻小说故事情节的一部分，以及描述轨道碎片问题的三个字摘要。 ＂
　　Kessler 1978  年的论文预测，大约在  2000  年，环绕地球轨道的编目碎片数量将变得 ＂ 如此密集，以至于编目物体将因与其他编目物体的随机碰撞而开始分解，并成为未来碎片的重要来源 ＂ 。
　　他给出了三个担忧的理由。首先，他说： ＂ 人们普遍认为轨道上很少有物体太小而无法编目，尽管没有关于目录中限制尺寸的定义。文章指出，即使这一假设是正确的，编目对象之间的未来碰撞也会产生大量小碎片碎片。与第一次碰撞后立即的自然流星体环境相比，这些小碎片群对其他航天器的危害更大。 ＂
　　接下来，他说，每次碰撞还将产生数百个足以编目的物品，从而提高未来碰撞破裂的速度 ——＂ 导致碰撞率和碎片数量呈指数增长 ＂ 。
　　最后，他说： ＂ 防止这种指数增长的唯一方法是减少火箭体和非运行航天器在使用寿命后留在轨道上的数量。 ＂
　　Gabbard 非正式地保存了重大卫星拆分事件的记录，这些事件后来证明对了解较小轨道碎片的来源非常有用。 Kessler 说： ＂John 以用我们现在称为 ‘Gabbard Plot’ 的图表来描述这些事件而闻名。 ＂
　　Donald Kessler 出生于 1940 年，在德克萨斯州长大。 1962 年，他前往美国宇航局约翰逊航天中心工作；三年后，他在休斯顿大学以优等荣誉获得了理学学士学位。
　　1990 年，作为美国宇航局的轨道碎片研究高级科学家，他协调了该机构的轨道碎片研究计划。尽管他于 1996 年退休，但这位 81 岁的老人继续就轨道碎片问题向各组织和个人提供咨询。
　　正如美国宇航局所说， ＂ 即使是微小的油漆斑点也会在以高速飞行时损坏航天器 ＂ 。
　　＂ 一些航天飞机窗户被更换，因为被分析并显示为油漆斑点的材料造成了损坏。事实上，毫米大小的轨道碎片对大多数在低地球轨道上运行的机器人航天器来说都是最高的任务结束风险， ＂ 美国宇航局表示。
　　1996 年，美国宇航局报告称，一颗法国卫星被十年前爆炸的法国火箭碎片击中并损坏。 2009 年 2 月 10 日，一颗报废的俄罗斯卫星与一颗正常运行的美国通信卫星相撞并摧毁。
　　英国广播公司最近报道了 2021 年 3 月发生的一起事件，其中 2019 年 9 月发射的中国军事卫星云海 1-02 号与 ＂1996 年 9 月发射俄罗斯间谍卫星 Tselina-2 号的 Zenit-2 火箭的一小块太空垃圾 —— 可能是一块 10-50 厘米宽的碎片）相撞后瘫痪。
　　图片来源：欧空局/J.麦
　　2017 年 4 月 18 日，退休天体物理学家、前美国宇航局科学家 Donald Kessler 出席了在德国达姆施塔特欧空局举行的欧洲空间碎片会议。