研究显示：温室气体排放会导致近地轨道承载卫星能力下降

IT之家 3 月 11 日消息，美国麻省理工学院 3 月 10 日在其官网上发布公报说，该校航空航天工程师团队在《自然・可持续性》杂志上发表的最新研究显示，温室气体排放正在改变近地空间的环境，随着时间推移，近地轨道承载卫星等飞行器的能力将会下降。

研究指出，二氧化碳和其他温室气体会导致地球高层大气收缩，其中热层（thermosphere）的变化尤为关键，热层是国际空间站和大多数卫星轨道所在的区域。当热层收缩时，大气密度降低，进而减少了大气阻力 —— 这种阻力会将老旧卫星和其他太空碎片拉向低轨道，使其与空气分子接触并燃烧殆尽。因此，阻力的减少意味着太空垃圾的寿命延长，它们将在轨道上滞留数十年，增加轨道碰撞的风险。

据IT之家了解，研究团队通过模拟温室气体排放对高层大气和轨道动力学的影响，估算了低地球轨道的“卫星承载能力”。模拟结果显示，到 2100 年，由于温室气体的影响，最受欢迎的轨道区域的承载能力可能会减少 50% 至 66%。

“过去一百年中，我们在地球上的温室气体排放行为，将影响未来一百年我们如何运行卫星。”研究作者、MIT 航空航天系（AeroAstro）副教授 Richard Linares 表示，“随着气候变化破坏现状，高层大气处于一种脆弱状态。”研究的主要作者、AeroAstro 研究生 William Parker 补充道，“与此同时，近年来卫星发射数量大幅增加，尤其是用于太空宽带互联网服务的卫星。如果我们不谨慎管理这些活动并减少排放，太空可能会变得过于拥挤，导致更多碰撞和碎片产生。”

目前，有超过 10,000 颗卫星在低地球轨道运行，该区域距离地球表面约 2,000 公里。这些卫星提供互联网、通信、导航、天气预报和金融服务等重要服务。近年来，卫星数量激增，迫使运营商定期进行碰撞规避操作以确保安全。任何碰撞都可能产生在轨道上滞留数十年甚至数百年的碎片，增加与新旧卫星的后续碰撞风险。

“过去五年发射的卫星数量超过了前 60 年的总和。”Parker 说，“我们试图理解的是，我们目前的轨道利用路径是否可持续。”

在新研究中，研究人员模拟了未来一个世纪不同温室气体排放情景对大气密度和阻力的影响，并针对每个“壳层”（即特定高度范围），模拟轨道动力学和卫星碰撞风险。他们通过这种方法确定了每个壳层的“承载能力”，即该区域能够支持的卫星数量上限。

研究团队比较了多种情景，包括温室气体浓度保持在 2000 年水平的情景，以及根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）共享社会经济路径（SSPs）变化的情景。结果显示，持续增加排放的情景将导致低地球轨道的承载能力大幅下降。

特别是，到本世纪末，与 2000 年排放水平保持不变的情景相比，200 至 1000 公里高度范围内能够安全容纳的卫星数量可能会减少 50% 至 66%。如果卫星容量超出，即使是在局部区域，研究人员预测该区域将出现“失控不稳定性”，即碰撞级联反应，产生太多的碎片，以至于卫星将无法安全运行。

尽管研究预测到 2100 年的情况，但团队指出，如今某些大气壳层已经因卫星数量过多而变得拥挤，尤其是像 SpaceX 的星链（Starlink）这样的“巨型星座”，其由数千颗小型互联网卫星组成。

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