航天活动的挑战：太空碎片和轨道碰撞

由于碎片碰撞、电源爆炸、反卫星武器试验、世界范围内航天发射量迅速增长，造成太空碎片骤增，近地轨道大量废弃物体碰撞的可能性也越来越大，至少到2030年这种可能性还将持续提升。所有国家的民用、商用、政府卫星都有碰撞风险。航天运行安全难度增加，保障太空环境的整体稳定越来越困难。

在轨碎片（Debris in Orbit）。物体之间的碰撞和大量废弃武器的爆炸，肯定会增加太空在轨碎片数量。2022年1月，地球轨道内跟踪并记录超过25000个达到10厘米以上的物体，其中包括在轨正常运行的航天器。在轨运行的航天器主要风险来自未被记录的无法跟踪的致命碎片（lethal nontrackable debris (LNT)），这些碎片尺寸在5-10厘米之间。据估计，近地球轨道内约有60万-90万个未记录的致命且无法跟踪的危险碎片。

2007年之前，多数太空碎片来自运载火箭的几级分离爆炸碎片。如今，约有一半的可记录的碎片来自三个途径：2007年中国摧毁的 一颗失效气象卫星；2009年美国一颗通信卫星与一个失效俄罗斯卫星发生碰撞事故；2021年俄罗斯的“努多尔”（Nudol）反卫星试验。

大型物体碰撞威胁（Threats of Massive Object Collision）。在可记录的物体中，近地轨道约有1300个大型物体，尺寸和重量均比手机大的废弃物品可对近地轨道上的航天活动构成威胁。这些物体每天以5公里以内的速度接近，有些物体一个月内以15公里/秒的速度在1公里之内擦肩而过。

两个物体一次碰撞几乎可以产生3500-15000个可记载的太空碎片以及约55000-225000个无法跟踪的致命碎片。通常一个典型的卫星解体产生约250片可跟踪的太空碎片。1500公里处大规模的废弃物体群（derelict objects cluster）每年的碰撞几率是1/5000 , 850公里高度废弃物体群的碰撞概率是1/800。850公里高度的废弃物体群发生一次碰撞可能使近地轨道在轨废弃物体数量增加一倍（比如，产生15000个可跟踪碎片），1500公里高度碰撞所产生的碎片可能在轨停留数千年。

太空碎片造成的威胁（Threats Posed by Debris）。太空碎片可能对卫星和载人飞船造成损坏甚至摧毁设备。为避免这种威胁，如果为航天器增加额外的防护罩抵御小碎片的碰撞，或使用燃料频繁避让机动，这都将增加航天成本。任何机动都会增加燃料的使用，提高操控的复杂度，缩短航天器的生命周期，为达到同样的能力还需要发射更多数量的航天器保持同样高度。1998年到2022年期间，为躲避太空碎片的碰撞，近地轨道的国际空间站至少机动了30次。随着卫星星座规模增大、太空碎片增多，卫星碰撞的可能性越来越大，尤其是近地轨道的卫星。

太空碎片的在轨寿命（Orbital Lifetime of Debris）。太空碎片在轨的时间主要由其体积大小和轨道高度决定，在轨物体体积越小、轨道越高，它们留轨时间越长。爆炸、碰撞产生的碎片可能更小，出现在更低一些的轨道，相比于废弃的载荷或火箭箭体，在轨时间更短。大气阻力就像一个天然的清洁员，使绝大多数在低轨道的碎片逐步进入地球大气层并烧尽。500公里高度物体在轨时间可以长达10年。高度接近1500公里的废弃物和碎片可存留超过1万年。

轨道碰撞往往是在较高的速度下发生（比如，近地轨道每小时超过25000英里，并将碎片分散到更多不同轨道高度）。975公里轨道高度处的两个物体，每年发生碰撞的几率为1/120，将留下很多碎片，在轨时间将超过1000年。