利用音爆追踪重返大气层的不受控制的太空碎片

据一项新的研究披露，研究人员提出了一种能近乎实时地追踪失控太空碎片坠落地球的新方法。他们的方法利用了地面的地震传感器。在过去的几年中，重返地球大气层的废弃航天器及其他碎片的数量呈指数级增长。这些不受控制的重返大气层事件对人类生命、基础设施和环境的威胁日益加剧。随着地球轨道日益拥挤及再入大气层事件愈发频繁（其中可能涉及携带有毒、易燃或放射性物质的航天器），此类风险预计将变得更加令人担忧。然而，预测物体重返大气层的时间和轨迹极为困难，现有的地面雷达和光学跟踪系统难以监测太空碎片在大气层中一旦开始解体后的情况。这些局限性增加了应对计划和缓解措施的复杂性。因此，我们需要能够近乎实时地快速确定坠落太空碎片的轨迹、大小、构成及可能造成撞击位置的工具。

为填补这一监测空白，Benjamin Fernando 和 Constantinos Charalambous 展示了一种新方法：利用地面的地震传感器所提供的公开数据来探测再入大气层碎片所产生的冲击波（即音爆）。通过对 2024 年 4 月重返地球的庞大的重型航天器——神舟十五号轨道舱——的再入过程进行监测，Fernando 和 Charalambous 验证了他们的方法；该轨道舱此前处于轨道衰减状态，并会定期飞越六大洲的主要人口密集区的上空。通过利用来自南加州和内华达州传感器的地震数据，作者对神舟十五号重返大气层时产生的音爆进行了分析。（神舟十五号最终被观察到的再入点与追踪及撞击预测的估算位置相差约 8600 公里，此前的预测再入点则指向北大西洋。）通过对该地区不同地点观测到的最大冲击波到达时间进行插值计算，Fernando 和 Charalambous 成功推算出了该航天器的地面轨迹、速度和高度。此外，音爆模式显示，神舟十五号并非在单次爆炸事件中坠落，而是可能逐渐碎裂成较小的碎片。这与目击者的报告和视频片段相符。作者认为，除了跟踪进入大气层的太空碎片外，这种近乎实时的追踪方法还有助于快速确定坠落地面碎片的具体位置或大气中较小有害颗粒的扩散范围；这对碎片回收和减轻污染至关重要。Chris Carr 在一篇相关的《视角》中写道：“需要做进一步研究以缩短物体（重新）进入大气层到确定其轨迹之间的时间。尽管如此，Fernando 和 Charalambous 采用的方法实现了对碎片坠落区的快速识别；随着地球轨道预计将变得卫星日益密布，流入大气层的空间碎片量将不断增多，这一信息将成为关键。”