沦为太空垃圾的SpaceX火箭将于5日以时速8700公里撞击月球

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By Global Team

被丢弃的 SpaceX 火箭正飞向月球。太空物体追踪专家比尔·格雷测算,猎鹰9号第二级火箭将于5日凌晨(美国东部时间上午2时34分左右)撞击月球正面西缘的爱因斯坦环形山附近。撞击速度约为每小时8700公里,相当于音速的7倍。

该火箭上级长度约12米,重量约4500公斤。去年1月,它搭载 Firefly Aerospace 的“Blue Ghost”等两枚商业月球着陆器发射升空。一级火箭返回地球并被回收,但完成任务的二级火箭被遗弃在横跨月球轨道的椭圆轨道上,已经漂泊了一年多。

撞击能量估计相当于3吨TNT。洛斯阿拉莫斯国家实验室的本杰明·费尔南多博士预测,将形成一个直径约27米、深约5米的新陨石坑。

闪光将在不到1秒内消失,但扬起至数公里高的尘埃柱可能会被望远镜观测数十分钟。消息称,美国国家航空航天局(NASA)的月球侦察轨道器(LRO)和韩国月球轨道器“Danuri”也将参与撞击前后的数据收集。

人造物意外撞击月球的案例,继2022年中国火箭残骸坠落月球背面之后,这是第二次。

这次是在地球可见的一面,观测条件更好。而且目标是已知物体,这一点更具意义。质量、尺寸和速度都已确认的人造物撞击,可能成为研究自然陨石的重要基准点。它是少见的、可用实测验证撞击物理模型的机会。

从结构上看,这一事件暴露了深空轨道管理的制度空白。地球近地轨道有规定,要求寿命结束的卫星和火箭在一定时间内处置。

美国联邦通信委员会要求近地轨道卫星必须在5年内离轨。往返月球的轨道情况不同,事实上并没有处置义务。

猎鹰9号至今已发射600多次,与可回收的一级不同,二级全部为一次性使用。随着月球任务增多,被遗弃的上级火箭也会不断累积。

科学界把这次撞击视为机遇而非威胁。费尔南多博士表示:“我们关注的是想弄清碎片撞击未来宇航员会有多危险。”格雷则警告说:“太空正在变得拥挤。”

围绕责任归属,观点也并不一致。2022年那次撞击时,天体物理学家乔纳森·麦克道尔博士曾指出,向深空遗弃物体的做法并非某家企业的过错,而是行业标准,这才是问题的本质。

这次也有人分析,如果用剩余燃料把它推进太阳轨道,就可以避免撞击,但并没有任何规定要求这样做。

也有声音提醒不要夸大风险。月球经常与每秒10至20公里速度的自然陨石相撞。此次撞击速度比这更慢,而且眼下也没有会因此受损的设施。

这次撞击表明,地球与月球之间的空间正变成新的拥挤区域。

NASA正通过商业月球运输计划连续投放商业着陆器,中国、印度和日本也在扩大各自独立的月球探测。若每发射一台着陆器,就会在月球穿越轨道上留下一个火箭上级,那么像这次这样的撞击就不再是概率问题,而只是时间问题。

月球环境的特殊性会放大这一问题。月球没有大气层,碎片不会因燃烧而消失。撞击飞散的碎片会直接威胁月球轨道资产以及未来地面设施。

当载人基地建成后,以每小时8700公里速度坠落的4.5吨物体就不再只是观测对象,而是灾难因素。

监测体系的不对称也很明显。地球近地轨道物体由美国太空军监测网和商业追踪企业持续追踪,而深空残骸则主要依赖格雷这样的个人研究者计算。

可以说,监测空白与规则空白同时存在。

从争夺规则先机的角度看,月球资源开发和基地建设一旦变得可见,谁先制定地月空间交通规则,将直接关系到太空秩序的主导权。这次撞击留下的数据和讨论,将成为制定相关规则的第一批依据资料。

技术上最根本的解决办法,是不要把第二级丢掉。SpaceX正在开发取代猎鹰9号的完全可重复使用运载火箭“星舰”。

该公司已成功将一级超级重型助推器回收到发射塔,且针对二级航天器本体回收的设计也已进行了12次试射。一旦星舰实现商业化,完成月球任务的飞行器将不再成为残骸,而是返回地球。

后来者的路径更进一步。美国初创公司 Stoke Space 正在开发的“Nova”,从设计阶段起就以二级可重复使用为前提。它配备再生冷却金属热防护与氢发动机,任务完成后,二级可通过垂直着陆返回。

该公司今年底目标进行首次发射,并正与NASA合作推进再入技术,同时还将捕获轨道碎片并带回地面的功能纳入设计。可重复使用最初是为了降低发射成本,但它也是唯一一种从源头上不制造残骸的处置方式。

在可重复使用转型完成之前,处置机动是现实的替代方案。即任务结束后,利用剩余燃料把上级火箭推入太阳轨道,或实施受控再入。有人指出,这次猎鹰9号上级若能送入太阳轨道,就能避免撞击。

不是没有技术,而是没有义务去做。

各国发射许可机构应将深空任务的上级处置计划列为许可条件,并要求在设计中预留处置机动所需的燃料余量。

这相当于把美国联邦通信委员会适用于近地轨道卫星的5年处置规则,扩展到深空。NASA在商业着陆器运输合同中纳入上级处置要求,也是可立即实施的手段。由采购方通过合同塑造规范,比立法更快。

国际规范可借鉴欧洲先例。欧洲航天局于2023年主导的“零碎片宪章”提出,到2030年不再制造新的太空碎片,且据称已有100多个机构和企业签署。不过,这一宪章的重点仍然是地球轨道。

应结合联合国外层空间和平利用委员会的长期可持续性准则,将适用范围扩大到月球周边空间,并由阿尔忒弥斯协定参与国组成协商机制,共享月球穿越轨道物体的登记、事前通报和追踪信息。

韩国也没有理由只做旁观者。Danuri将收集的撞击前后数据,是量化碎片撞击风险的初步实测资料。韩国宇宙航空厅若将这些数据提交国际讨论桌,就能在规则形成过程中获得发言权。

把正在开发中的新一代运载火箭设计纳入上级处置能力,也是后发国家率先践行规则的一种方式。

5日留在月球上的那个直径27米的撞击坑,或许就能成为这场讨论的起点。