如果說天上掉餡餅兒是幻想中驚喜的話，那么天上掉下顆隕石就是現實中驚嚇。但如果天上掉下個流浪了50年的人造天體呢？這不是科幻小說的情節，而是剛剛發生的現實。冷戰時代的太空遺物——蘇聯Kosmos 482號探測器，在繞地球飛行半個世紀后墜落地球。

01

Kosmos 482是什么？

Kosmos 482是蘇聯與1972年3月31日發射的一顆金星探測器。它原本被設計為“金星”系列探測器的一部分，其主要任務是收集有關金星大氣、溫度和地址特征的數據。這也是當時美蘇在“太空競賽”中誕生的探測項目。它在設計上與Venera 8 幾乎相同，由飛行和著陸兩大模塊組成。但在發射不久后，火箭助推器失效，使其無法到達預定的軌道飛向金星，成為了一個不受控制的空間碎片。

金星大氣層是一個致密，高溫，強酸的環境，Kosmos 482設計之初就使其具備抵抗金星極端大氣環境的能力。其著陸艙采用了多層特殊合金外殼，能夠承受高達100個大氣壓的壓力。艙體采用球形設計，這種形狀能夠最均勻地分散壓力。為了應對高溫環境，探測器配備了先進的隔熱系統和熱防護罩，使用了當時蘇聯最尖端的耐熱材料。

內部儀器艙則采用密封設計，并填充了特殊氣體以維持適宜的工作溫度和壓力。為抵抗硫酸腐蝕，外殼表面涂覆了抗酸涂層，并采用了特殊的密封技術保護內部電子設備。

Kosmos 482的著陸艙重量約為495公斤，其中球形壓力艙設計目標是能夠在金星表面462°C的高溫和92個大氣壓的壓力下保持完整并正常工作至少30分鐘。這種設計使得它極有可能幾乎完整地穿越地球大氣層而不會分解。據美國空軍太空監測網絡的數據顯示，Kosmos 482會以接近每秒11公里的速度撞擊地球，其動能相當于近1噸TNT炸藥爆炸，這足以在撞擊點形成直徑超過15米的隕石坑，并對周圍區域造成嚴重破壞。如果墜落在人口密集區域，可能導致重大的生命財產損失。

▲圖1 Kosmos 482 已墜落地球，右上小圖即為與Kosmos 482 有相同設計的探測器圖示。

02

“太空老兵”墜落印度洋

為了防止其可能造成的損害，在數周前，多國空間機構組成了臨時監測小組，共同追蹤了Kosmos 482號探測的軌道變化，并預測其大致墜落區域。目前，基本確認Kosmos482號已于北京時間5月10日14：26分落入印度尼西亞雅加達以西的印度洋。至此，這位來自冷戰時代的 “太空老兵”在太空流浪53年后終于再次回到了地球。截止完稿時，沒有收到任何船只或施設受損的報告。此外，Kosmos 482號探測器由于其良好的密封性，其最終可能會漂浮在海面而被路過船只打撈回收。

▲圖2 2025年5月10日，天文學家吉安盧卡·馬西在Kosmos 482的最后一個軌道經過意大利羅馬時捕獲了其蹤跡，如圖中4段白色線所示。這是由4張短時曝光圖像疊加而成。圖源：Gianluca Masi

03

人造天體墜落是如何發生的？

造成失去動力或姿態控制的人造天體墜落的兩個主要原因分別是：大氣阻力和Yarkovsky效應影響。

地球大氣層的外層大約延伸到10000公里的高度，雖然密度極低，但足以對衛星產生微小且持續的阻力，這種阻力導致衛星或探測器動能逐漸損失，使軌道半徑逐漸減小，軌道高度越低，大氣密度越大，阻力也就越大，這導致軌道衰減速率加速，最終導致人造天體完全墜入大氣層。

▲圖3 地球大氣結構示意圖。

Yarkovsky效應是由于人造天體或小天體吸收陽光后再次釋放熱量時對其產生的微小推動力。這種推動力雖然很小，但經過長期累積作用下，這種力足以對人造天體或小天體產生明顯的影響。其中由于熱馳豫現象的存在，對于旋轉的人造天體或小天體，最熱點不在“正午位置”，而是偏向“下午位置”區域(這也是一天中最熱的時間是午后1-2點左右的原因)，這使得表面受到太陽熱輻射后溫度分布不對稱導致熱輻射方向不對稱，進而對于順行的人造天體或小天體的軌道產生向外推的作用，而對于逆行的目標則產生向內推的作用。其原理示意圖如下：

▲圖4 Yarkovsky效應的原理示意圖。

相對而言，對于低地球軌道的衛星，大氣阻力是軌道衰減的主要因素，例如我國的空間站位于約400-450公里的高度，每年需要多次啟動推進系統來增加軌道速度，從而提升軌道高度；對于地球同步軌道或更高軌道的衛星，Yarkovsky效應可能比大氣阻力的影響更為重要，特別是對于已失去姿態控制的衛星。

隨著空間碎片數量的持續增長，近地空間正面臨越來越多的風險。盡管絕大部分結構將在再入過程中燒毀，但仍存在極少數碎片因材質耐高溫而墜落地面的可能，因此國際空間機構會定期追蹤這些失控目標，以評估其再入風險和可能的墜落區域。

04

Kosmos 482的墜落：現代空間碎片危機的縮影

Kosmos 482的墜落事件并不是一個單一孤立的事件。根據歐洲航天局的數據，定期跟蹤大約36500個大于10cm的空間碎片。此外，估計有100萬個大小在1-10cm范圍的空間碎片，而小于1cm的空間碎片則高達1.3億個。這些空間碎片包括失控的探測器，廢棄的火箭部件，碰撞產生的碎片以及其他人造天體的碎片。

幾乎每天都有中等大小的衛星和火箭部分墜落地球，而小型的小型空間碎片物體更多。只有很少的碎片會掉落在地面上，更多的碎片則在大氣中被燃燒殆盡，而不會對地面造成損害。每年因太空碎片受傷的概率不到1000億分之一。但相比之下，這比一個人被雷擊的可能性高約65 000倍。但隨著空間探測器的增加，預計將來的人造天體墜落的事件會進一步增加，無論是對空間運行的探測設備還是地面的人，其威脅也將進一步增加。

▲圖5 空間碎片的分布示意圖，其中有兩個主要的分布帶：位于上的環狀帶及位于上的云狀帶。

05

如何應對空間碎片的危害？

Kosmos 482的歸來不僅僅是一個人造天體墜落事件，更是對人類太空活動的一次警示。如何確保人類太空活動的可持續發展至關重要。對于類似Kosmos 482的空間碎片，在其重返大氣層前進行攔截并控制其墜落區域的方案難度極高且成本巨大。目前最好的方法是通過天基和地基的觀測設備實現實時監測，盡可能精確預測期墜落地，必要時進行人員疏散。而對更廣泛的空間碎片的應對方法可以分為四類：預防規范、規避機動和清理行動。

預防規范：通過建立密切的國際合作，對現代航天器的設計和火箭發射階段制定國際統一的規范指南。現代航天器設計融入多項碎片緩解技術，包括任務后鈍化系統、自毀機制、拖曳裝置和末端任務規劃?；鸺l射階段同樣采取措施，如優化分離系統、上面級再入設計和精確軌道投放，共同構成了全面的碎片預防體系，確保太空活動可持續發展。

規避機動：現代空間態勢感知系統是規避空間碎片的基礎，其由全球分布的雷達站，光學望遠鏡和天基探測器組成的檢測網絡，能夠實現跟蹤直徑大于10cm的空間碎片，目前三大主要檢測網絡分別是美國太空監視網絡、歐洲空間態勢感知系統和俄羅斯太空控制系統。隨著空間環境日益擁擠，未來的衛星需要配備自動碰撞規避系統，能夠獨立評估撞擊風險并執行規避機動。

清理行動：目前正對針對大型失效衛星和火箭上的主動碎片移除(ADR)技術正在快速發展，包括使用機械臂、網、魚叉或觸手捕獲目標的機械捕獲技術，利用電磁力吸附或排斥控制目標的電磁捕獲方法以及使用地基或天基激光系統對小型碎片施加微小推力改變其軌道的激光消融技術等。

來源：墨子沙龍

編輯：未

轉載內容僅代表作者觀點

不代表中科院物理所立場

如需轉載請聯系原公眾號

1.2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.