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美国国家实验室太空垃圾监测技术获突破,太空卫星相撞将不再发生

2019-11-14来源:开心聊情感

数以万计的太空垃圾引发科学家的担忧

据统计,目前有超过一千颗活跃的卫星和数万块碎片环绕在地球周围运行,并形成了大量的太空垃圾,人类赖以生存的太空将变得非常拥挤。如何解决太空拥挤及太空垃圾产生的危害,也成为科学家不断探寻的课题。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员正在研究一种可以帮助防止太空碰撞的系统。

美国国家实验室太空垃圾监测技术获突破,太空卫星相撞将不再发生

美国能源部绘纳米卫星群太空垃圾监测

美国曾拍摄过一部轰动一时的科幻电影,描述了太空碎片如何引发连锁反应,并摧毁其路径上的一切物体。而现实生活中,这部电影不仅仅是科幻小说,它进一步说明了太空探索的一个紧迫问题——在太空垃圾引发的交通混乱有可能损坏人类每天所依赖的卫星之前,我们需要更好的科技方法来跟踪太空垃圾,并管制太空交通。

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劳伦斯·利弗莫尔国家实验室空间望远镜(STARE)

为了解决这个问题,美国能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员创造了一个全新的概念,叫做空间望远镜,用于对星历表进行可精细化操作(STARE),这是一个由低成本纳米卫星组成的网络,有助于防止未来的空间碰撞。现在,LLNL的研究人员已经验证,空间望远镜可以预测特定物体在空间中50米以内的轨道。

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为了理解空间望远镜的不同之处,我们先了解一下当前人类是如何监控空间交通的。现在,我们依靠的是空间监视网络,一个由30个传感器组成的网络遍布整个地球。每天,空间监视网都会进行几十万次观测,以帮助跟踪22000多个垒球尺寸大小或更大的太空垃圾。

太空垃圾包括那些不活动的卫星、助推器火箭的部件、丢失的宇航员工具和其他碎片的集合体——但这个监测网络对物体的位置精确度只能1公里。在这种精度的水平上,卫星碰撞预测可能会有很高的误报率——根据计算机模拟表明,在某些情况下,在实际碰撞发生之前,可能会发出10000多个误报。因此,卫星运营商通常会忽略这些警告,以节省卫星上有限的燃料供应。


美国-俄罗斯太空卫星碰撞,太空垃圾运行轨迹监测及预警迫在眉睫

自20世纪90年代中期以来,太空中已经发生了两次意外碰撞——2009年一颗俄罗斯卫星和一颗美国卫星相撞,这是最值得引起各个国家和太空研究机构注意的一次。由于大约有1000颗活动卫星和数万件太空垃圾,而下一次碰撞将使原本拥挤的太空环境变得更糟。

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美国东部时间2009年2月10日上午11时55分,美国铱星33与俄罗斯已报废的宇宙-2251卫星在西伯利亚上空发生相撞,这是历史上首次卫星相撞事故,美称太空问题欠合作美国和俄罗斯通信卫星史无前例相撞后,美俄双方互指对方要为今次撞击负责。俄罗斯太空专家指美国太空总署未能在事前及时发出预警,而美国太空总署则指发出预警并非他们的职责范围。(来源百度)。

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当人们意识到鹅卵石大大小的物体就可能会粉碎一颗卫星——包括天气更新预报卫星和GPS导航卫星到电视广播和国防卫星,这些卫星已经成为我们生活所依赖的一切——那么对更好地跟踪太空交通的需求就更加迫切了。

基于纳米卫星网络的空间望远镜将大显神威

LLNL的研究人员没有提议使用地面望远镜,而是通过观察天空和一个不太可能的灵感来源——交通摄像机——来改进空间物体的跟踪方式。他们的想法是建立一个由纳米卫星组成的星座,这些卫星装备有一个特别设计的光学有效载体(卫星上收集数据的仪器)—-用来捕捉可能导致碰撞的物体的图像。

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然后将使用LLNL研究人员编写的算法对视觉数据进行处理,以投射与恒星相关的运动物体,并更好地预测它们的轨道。如果有18颗纳米卫星组成的网络,LLNL的研究人员估计空间望远镜可以将碰撞错误警报率降低99%,并可以在24小时内发出警告。

现在在概念验证阶段,研究人员正在测试空间望远镜的不同状态组合。最近,他们利用卫星的一个装备进行了地面实验,以证明在60小时的时间内,根据一系列六幅图像,STEAR算法可以将空间碎片的轨道位置精确到100米以上。

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在最初的24小时和4次观察中,研究人员能够计算出所选物体的轨道。然后,他们对目标的未来位置进行了预测计算,在接下来的36小时和随后的两次观察中,观测显示出他们能够预测目标的实际轨迹,使其保持在50米以内——超过了空间望远镜设定的目标。在未来,研究人员将通过在太空中运行的全套空间望远镜式纳米卫星群更快地发现太空垃圾的运行轨道。

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