凱斯勒綜合症是什麼？

在低地球軌道上的所有人造衛星中，95%是太空垃圾——火箭推進器、廢棄衛星以及碰撞和爆炸碎片。如果我們找不到清理方法，所有這些碎片都會對活躍的衛星和太空旅行的未來構成潛在威脅。

在過去的一年裡，我們看到了太空垃圾的危險：2021年5月，中國長征5B火箭的一塊不受控制的大型碎片飛回地球，6月，國際空間站的機器人手臂被一塊神秘的太空垃圾刺穿，謝天謝地，這沒有影響船上的七名宇航員中的任何一位。

然後更糟糕的是，11月，俄羅斯的反衛星武器試驗在一顆“死亡”間諜衛星發射時，向空間界發出了衝擊波，在低地球軌道上運送了1500個新的碎片。

減少軌道上空間垃圾量的必要性是顯而易見的，為了找到做到這一點的方法，很多人已經進行了令人難以置信的研究，從使用移動觀測站和雷達跟蹤空間碎片，到將空間垃圾回收到火箭燃料中，或用獵殺衛星和鐳射將其完全清除。

這些都是旨在避免凱斯勒綜合症的策略——2019年舉行的SCINEMA國際科學電影節上，《凱斯勒綜合症》：空間碎片問題的主題，它描述了當軌道碰撞時可能發生的毀滅性多米諾骨牌效應，導致失控的沉降物級聯，這些塵埃將繼續擁擠在我們本已擁堵的低地球軌道上。

這部電影解釋了凱斯勒綜合徵背後的科學，並以天體物理學家唐納德·凱斯勒博士為主角，該現象以他的名字命名。

在尼爾·斯蒂芬森2015年的小說《七人行》中，他想象地球的天然衛星月球會碎成七塊。這是一部科幻小說，當然，這個事件對地球上的每個人都有可怕的後果。

但如果月球破碎留下來的太空碎片雲的想法看起來是科幻，請三思。據美國宇航局稱，截至2021年5月26日，大約有23，000塊“比壘球大”（大於10釐米）的碎片環繞地球執行，速度超過28，000公里/小時——“足夠快，一塊相對較小的軌道碎片可以損壞衛星或航天器”。

還有更多——更多。美國宇航局估計有50萬塊大理石大小（高達1釐米）的碎片，以及大約1億塊大約1毫米或更大的碎片。還有更多微米大小的碎片。

其中，美國國防部的全球空間監視網路正在跟蹤只有27，000塊軌道碎片，也稱為“空間垃圾”。

美國宇航局於1979年在德克薩斯州休斯頓的約翰遜航天中心設立了軌道碎片計劃辦公室，以跟蹤軌道碎片環境，“支援美國宇航局所有專案和方案的風險評估”，並“評估衛星重新進入造成的人員傷亡風險”。

該辦公室主要由美國天體物理學家Donald Kessler1978年在《地球物理研究雜誌：空間物理學》上發表的一篇論文《人造衛星的碰撞頻率：碎片帶的建立》的結果。

論文還引發了一種被稱為“凱斯勒綜合徵”的現象，凱斯勒在2009年的一篇文章中將其描述為“一個軌道碎片術語，在專業軌道碎片群落之外很受歡迎，但從未有過嚴格的定義”。

Kessler說，他認為這個詞起源於一位同事John Gabbard，他為北美航空航天防禦司令部（NORAD）工作，該司令部“維護了軌道上人造物體的目錄，但沒有保持軌道事件的分解記錄”。

他說，Gabbard可能在接受《大眾科學》雜誌採訪時想出了這個名字。“標籤卡住了，成為一些科幻小說故事情節的一部分，以及描述軌道碎片問題的三個字摘要。”

Kessler 1978 年的論文預測，大約在 2000 年，環繞地球軌道的編目碎片數量將變得“如此密集，以至於編目物體將因與其他編目物體的隨機碰撞而開始分解，併成為未來碎片的重要來源”。

他給出了三個擔憂的理由。首先，他說：“人們普遍認為軌道上很少有物體太小而無法編目，儘管沒有關於目錄中限制尺寸的定義。文章指出，即使這一假設是正確的，編目物件之間的未來碰撞也會產生大量小碎片碎片。與第一次碰撞後立即的自然流星體環境相比，這些小碎片群對其他航天器的危害更大。”

接下來，他說，每次碰撞還將產生數百個足以編目的物品，從而提高未來碰撞破裂的速度——“導致碰撞率和碎片數量呈指數增長”。

最後，他說：“防止這種指數增長的唯一方法是減少火箭體和非執行航天器在使用壽命後留在軌道上的數量。”

Gabbard非正式地儲存了重大衛星拆分事件的記錄，這些事件後來證明對了解較小軌道碎片的來源非常有用。Kessler說：“John以用我們現在稱為‘Gabbard Plot’的圖表來描述這些事件而聞名。”

Donald Kessler出生於1940年，在德克薩斯州長大。1962年，他前往美國宇航局約翰遜航天中心工作；三年後，他在休斯頓大學以優等榮譽獲得了理學學士學位。

1990年，作為美國宇航局的軌道碎片研究高階科學家，他協調了該機構的軌道碎片研究計劃。儘管他於1996年退休，但這位81歲的老人繼續就軌道碎片問題向各組織和個人提供諮詢。

正如美國宇航局所說，“即使是微小的油漆斑點也會在以高速飛行時損壞航天器”。

“一些太空梭窗戶被更換，因為被分析並顯示為油漆斑點的材料造成了損壞。事實上，毫米大小的軌道碎片對大多數在低地球軌道上執行的機器人航天器來說都是最高的任務結束風險，”美國宇航局表示。

1996年，美國宇航局報告稱，一顆法國衛星被十年前爆炸的法國火箭碎片擊中並損壞。2009年2月10日，一顆報廢的俄羅斯衛星與一顆正常執行的美國通訊衛星相撞並摧毀。

英國廣播公司最近報道了2021年3月發生的一起事件，其中2019年9月發射的中國軍事衛星雲海1-02號與“1996年9月發射俄羅斯間諜衛星Tselina-2號的Zenit-2火箭的一小塊太空垃圾——可能是一塊10-50釐米寬的碎片）相撞後癱瘓。