天文学家警告说，地球同步轨道碎片威胁卫星，没有得到足够密切的监测

由华威大学领导的地球同步轨道碎片调查发现，超过75%的探测到的碎片无法与公共卫星目录中的已知物体匹配。

天文学家呼吁使用大型望远镜进行更多的定期调查，以帮助量化对活跃卫星构成的风险。

许多探测到的物体都显示出翻滚的光学特征，为了解地球同步环境中碎片的动态演变提供了洞察力。

DebrisWatch的第一期，这是华威大学和国防科学技术实验室(英国)之间正在进行的合作。

华威大学的天文学家警告说，对运行中的卫星构成威胁的轨道碎片没有得到足够密切的监测，因为他们发布了一项新的调查，发现他们探测到的超过75%的轨道碎片与公共卫星目录中的已知物体无法匹配。

天文学家们呼吁对高海拔的轨道碎片进行更定期的深度调查，以帮助确定常驻物体的特征，并更好地确定对我们赖以提供通信、天气监测和导航等基本服务的现役卫星构成的风险。

这项研究是DebrisWatch的一部分，DebrisWatch是华威大学和国防科技实验室(英国)正在进行的合作，旨在为过去进行的地球同步区域调查提供新的视角。这项研究结果发表在“太空研究进展”杂志上。这项研究由英国研究与创新部门科学和技术设施委员会(STFC)提供部分资金，并得到皇家学会的支持。

这项调查是为了搜索微弱的残骸而优化的，这些残骸太小或反射太差，无法定期监测和记录在公开可用的目录中。美国战略司令部(USSTRATCOM)使用其全球空间监视网络(SSN)维护着最完整的空间物体公开目录，该网络由30多个陆基雷达和光学望远镜组成，还有6颗在轨卫星。SSN能够监测直径约1米的高空物体。虽然地球同步区域的某些居民经常被称为“静止的”，但碰撞仍然可能以每秒几公里的相对速度发生。考虑到这一点，即使是很小的物体也可能对正在运行的卫星造成很大的损害。

使用一个定制的软件管道对调查中的图像进行分析，该管道旨在挑选出候选碎片物体，并调查它们随时间的亮度。由此产生的“光线曲线”包含有关对象本身的大量信息，包括它们的形状、表面属性和姿态，但也会受到其他因素的影响，如查看几何图形和大气干扰。解开这些组件仍然是一项非常艰巨的任务，大量高质量的数据将是开发和提炼必要技术的关键。

天文学家们将他们的调查重点放在地球同步区域，该区域位于赤道上方约3.6万公里处，在那里卫星的轨道周期与地球自转相匹配。在地球大气层的最外层上方，没有自然机制(如大气阻力)来引起轨道衰减，因此地球同步区附近产生的碎片确实会在那里停留很长一段时间。

为了帮助他们发现微弱的碎片，天文学家们利用了位于拉帕尔马加那利岛的艾萨克·牛顿望远镜，该望远镜有一个2.54米的大口径，允许它在大范围内收集光子。他们使用了一种优化的策略，以确保从候选对象反射的阳光将落在相机的相同像素内，以增加他们被发现的机会。大部分运行中的地球同步卫星都驻扎在地球静止带的上方、沿线和下方，对天空进行了扫描。

天文学家探测到的大多数轨道的亮度大约为1米或更小。果然，这些微弱的探测中超过95%与公开可用的USSTRATCOM目录中的已知物体不匹配，因为它们太微弱了，不能被SSN定期和可靠地监测。当研究人员将他们所有的检测-包括高于和低于100万米的检测-都包括在内时，超过75%的检测结果不匹配。

主要作者、华威大学物理系博士生詹姆斯·布莱克(James Blake)说：“从我们的调查图像中提取的光曲线表明，这些物体的物理性质以及它们在轨道上的态度或行为都可能是多种多样的。”许多模糊的、未编目的碎片似乎在翻滚，在整个观测窗口显示出显著的亮度变化。这些特征可以告诉我们很多关于作用在地球同步区居民身上的微扰力，但也突显了我们在对这些物体的性质做出假设时需要更加谨慎。我们需要进一步调查微弱的残骸数量，并获得更多数据，以更好地了解外面的情况。

“重要的是，只要有可能，我们就应该继续用大型望远镜观察地球同步区域，以便开始对微弱的残骸环境建立更完整的感觉。”通过这项调查，我们进行了比以往任何时候都更深入的调查，但随着我们达到敏感度极限，人口似乎仍在攀升。当我们在这里处理少量的统计数据时，我们看到的小而暗的物体比大而亮的物体多得多也就不足为奇了。“。

围绕地球运行的人造碎片可能产生的原因有很多：卫星本身在任务寿命结束时成为碎片；在成功发射有效载荷后被遗弃的火箭物体在轨道上多年后可能爆炸或“解体”；轨道物体之间可能发生碰撞，有时导致数千个新碎片；恶劣的空间环境可能会随着时间的推移使卫星恶化，脱落少量的绝缘毯和油漆薄片。

天文学家现在正在研究从调查数据中提取更多信息的方法，使用第二台更小的仪器进行的同步观测。他们的目标是促进新的合作，以确保这项调查能够成为通往持久活动的门户。

参考文献：“DebrisWatch I：对微弱地球同步轨道碎片的调查”，作者：James A.Blake、Paul Chote、Don Pollacco、William Feline、Grant Privett、Andrew Ash、Stuart Eves、Arthur Greenwood、Nick Harwood、Thomas R.Marsh、Dimitri Veras和Christopher Watson，2020年8月19日，“空间研究进展”。Doi：10.1016/j.asr.2020.08.008。

来自华威大学物理系的合著者唐·波拉科教授说：“这类数据将是开发描述地球同步区域物体的算法的关键。请记住，我们这里处理的不是特写照片，即使是大型卫星在我们的图像中也显示为未分辨的光团。灯光曲线提供了一个很好的机会，让您更多地了解这些对象的行为方式以及它们可能是什么。我们获取的高质量数据越多，我们开发这些工具的机会就越大。“。

主要作者詹姆斯·布莱克(James Blake)是STFC资助的学生，迪米特里·维拉斯(Dimitri Veras)博士是STFC资助的研究员。