全世界发射了那么多卫星，难道在宇宙中不会相互碰撞到吗？为什么？

　　全世界发射了那么多卫星，难道在宇宙中不会相互碰撞到吗？
　　从理论上来看，人造卫星的轨道都是事先规划好的，它们在各自的轨道上运行永远都不会相撞！但事实上却会因为失控或者轨道衰减脱离原来的轨道，而此时卫星早已废弃，无法再调整其轨道，久而久之，整个体系运行的不确定性因素就会加大，最终导致两颗卫星的撞车事件！
　　2009年2月10日发生的美俄卫星撞车事件，俄方是一颗早已废弃的军用通信卫星＂宇宙2251＂，另一颗是美国铱星公司的＂铱星33＂，相撞地点是西伯利亚上空的近地轨道，撞击产生了大约12000块太空碎片，据俄罗斯航天专家评估，这些碎片可能会影响前苏联早期一颗携带了核反应堆的废弃卫星，可能会导致更严重的后果！
　　卫星的轨道分类
　　了解卫星为什么会相撞以前，我们先来了解下卫星的几种轨道，如果按轨道高度来分，那么有近地轨道（小于1000千米），中高地球轨道（1000-20000千米），以及高轨道（大于20000千米），从理论上来看轨道越高，卫星密度越低，相撞可能性也越低，因此我们把轨道介绍放在近地轨道！
　　近地轨道：简称是LEO，一般火箭的LEO轨道运载能力是一个非常重要的参考指标，而这个轨道距离地面比较近，因此大多数对地观测卫星、测地卫星、空间站以及一些新的通信卫星系统都会采用近地轨道，比如ISS国际空间站和天宫空间站，还有X-37，以及大量的间谍卫星等，都会在这个轨道游荡！
　　当然空间站高度还必须考虑补给和范艾伦辐射带的威胁，一般最经济的轨道就是400千米左右，上图中ISS就会穿过一个南北向卫星轨道带，其实因为近地轨道的任务不一样，轨道交叉是非常正常的事情，比如地球资源卫星，需要在环绕地球的过程中一次次对地表拍摄，因此穿过极地的轨道无疑是最合适的！而相空间站这种需要大量补给的航天器，就必须考虑每次补给飞船靠泊时的成本，因此与地球自转方向带一些倾角的就成了必然选择（可以利用自转速度降低燃料消耗）。赤道轨道：倾角为0度，卫星轨道平面 与地球赤道平面重合，卫星始终在赤道上空飞行。
　　极地轨道：倾角为90度，卫星轨道平面与地球赤道平面垂直，卫星飞跃南北两极上空。它的星下点轨迹可以覆盖全球，是观测整个地球的最合适的轨道。气象卫星、资源卫星、侦查卫星经常采用这种轨道。
　　倾斜轨道：轨道倾角既不是0度又不是90度，统称倾斜轨道，分为顺行轨道和逆行轨道。
　　顺行轨道：倾角大于0度小于90度，卫星自西向东顺着地球自转的方向运动。
　　逆行轨道：倾角大于90度而小于180度，卫星自东向西逆着地球自转的方向运动。
　　不同的任务不同的轨道，即使相同的轨道高度也不同，设计上大家都相安无事，但再完美的系统都会有出错的时候，况且还是卫星这种有大量不确定因素存在的航天器。卫星为什么会相撞
　　前文说了美俄卫星相撞，俄罗斯的＂宇宙2251＂是一颗废弃卫星，而美国的＂铱星33＂是一颗在轨正常工作的卫星，按理废弃卫星轨道检测到会与在轨卫星相撞时，那么可以调节在轨卫星的轨道，让其抬升轨道避免相撞，但不知因何原因，＂相关部门＂失职了，或者说根本就没事先检测到这一动态，也许＂宇宙2251＂受到太阳风活动影响最近才大幅改变轨道。
　　另一个因素则是人为的在轨实验，比如中美反卫星试验，一般1000千米轨道以下的废弃卫星作为目标的成本相对较低，因此人工控制撞击目标摧毁卫星，这些也是一个可能。
　　另外废弃的卫星相撞产生更多的碎片造成更大规模的相撞事件，《地心引力》就表述了这样一个故事，美国航天飞机在低轨道工作时，接到休斯顿告警，在地球的另一端轨道上两颗卫星相撞导致了更大规模的灾难，使得紧急预警无法及时撤退，直接摧毁了航天飞机，只剩下男主和女主逃过劫难，开启了漫漫太空的回归之路！关于太空垃圾与清理
　　各位可不要以为卫星轨道上就只有卫星，还有大量比如＂摆渡飞船＂，比如将卫星送上轨道的俄罗斯＂微风级＂，或者我们叫做＂上面级＂，或者早期的三级火箭等，都可以在轨道上留存很久，这些物体由于体积比较大，没有燃料维持轨道，因此它们轨道维持能力极差，这有一个好处，即很快就会掉落大气层烧毁，但由于轨道变化大，甚至可能还在翻滚，因此对它们的准确轨迹确定是比较困难的。
　　早期都对此不作处理，任其游荡，在现代火箭发射中，基本都会对留轨物体做轨道无害化处理，即控制其早日坠毁，但这已经是2000年以后的事情，从1957年开始到2000年初，人类不知道送了多少个物体上太空，而绝大多数都留存在近地轨道。
　　另外一个就是人为产生的垃圾，上文说明了反卫星试验，这是其中一种，另一种则是宇航员在工作时不慎遗失工具，还有更恶劣的是国际空间站美国宇航员在几年前将太空垃圾直接丢弃，这种行为将严重影响航天器的安全。
　　英国一些航天专家提出一个捕获轨道碎片的方法，向目标发射一个网罩增加其阻力，使其加速坠落大气层的计划，或者也有使用激光加热使其改轨道下降等，但无论哪个都不可能在一时半会达到彻底清理近地轨道目的的，因为碎片实在是太多了，清理的成本将会超过以往将其送上太空的成本，因为当年送上来的是一颗，现在有可能是N颗。
　　2009年2月10日，美国的一颗铱星卫星和俄罗斯的一颗废弃卫星在太空发生碰撞，这是历史上的首次人造卫星相撞事件。
　　人造卫星在太空中飞行时由万有引力提供向心力，由计算可以知道，同一轨道上向同一方向运行的卫星具有相同的线速度，不必担心同一轨道上的卫星会发生碰撞。2009年美俄卫星两颗卫星之所以相撞，是因为它们在不同的轨道上，并且轨道有交叉，碰撞恰好发生在两颗卫星都运行到交叉点上。这样的碰撞概率还是比较小的。
　　随着各国发射的卫星越来越多，卫星发生碰撞的概率会相应的提升。尤其是低轨道上的废弃卫星，其轨道高度会逐渐降低且无法人为干预，这样的卫星就是一块巨大的太空垃圾，很可能威胁到其他卫星或飞船的正常飞行。像印度经常一次将几十个小卫星送上太空，这些小卫星很多运行了几天就成了太空垃圾，而且由于其个头小难以追踪，印度的这种行为让很多国家大为恼火。
　　卫星碰撞这种事情尽管发生的概率比较低，不过一旦发生了一次碰撞就会产生大量的太空垃圾，其他卫星受到的威胁会陡增。
　　为了应对这一情况，一些国家成立了专门的太空垃圾监测机构，中国的国家天文台就有专门监测太空垃圾的国家航天局空间碎片监测与应用中心。另外，各国卫星的发射也需要严格的审批，需要向国际电信联盟求得批准。胡乱发射卫星会引起公愤的。
　　当然不会碰撞，之所以有这样的疑虑可能是题主看多了太空垃圾的示意图了。
　　这这张图中，卫星的密度很大，给人的感觉就是马上要撞在一起了。
　　其实这样的图是夸大了事实。因为纸面上的地球就那么小，如果按照真实比例描述卫星，那么卫星连一个像素点都算不上。
　　其实我们思维模式中有个错误总是认为宇宙空间充满着密密麻麻的天体。其实宇宙是极其空旷的。
　　卫星高度基本在两万公里上，所以卫星高度上的空间比地球大了好几个数量级。卫星在太空中的位置大小就相当把一条船放在海洋上。
　　除非卫星有意受控碰撞，要不然意外碰撞在一起的概率几乎忽略不计。
　　其实我们还经常误解一件事。那就是地球基本上绕太阳是圆形轨道。
　　地理书上为了凸现近日点和远日点刻意把地球轨道画成很明显的椭圆形，如果按照真实比例，那么课本书上看到的地球绕日轨道就基本是个圆。
　　其实地球近日点为1.471亿公里，远日点为1.52亿公里。近日点与远日点相差500万公里。相对于1.5亿公里才有500万公里的差值。就相当近日点为30米，而远日点为29米。
　　在一般情况下，人造地球卫星是不会相撞的，只有在偶然的情况下且可能是由于工作人员的疏忽，才可能会导致卫星相撞。比如2009年2月10日发生的美俄卫星相撞事件，这个事件的双方是俄罗斯的废弃卫星以及美国商用的通讯卫星铱星，此前也曾发生过法国的卫星与太空垃圾相撞的事件。这表明，即便这一事件发生概率很小，但随时都是有可能会发生的。
　　人造地球卫星根据其用途的不同，发射时会选择不同的地球轨道，比如高度小于1000公里的近地轨道，高度在1000公里到20000公里之间的中高轨道以及大于20000公里的高空轨道。在近地轨道中，有着大量的通讯卫星，所以在这片区域中发生碰撞的概率最大，美俄卫星相撞就是发生在近地轨道中，美俄卫星之所以相撞是因为，俄方的废弃卫星已经失去控制，处于＂死亡＂状态，而美国商用的铱33号通讯卫星可以正常使用，可能由于美国方面的监测不力，没有事先发现碰撞的可能性，也就没有调整铱33的轨道，导致了相撞事件。
　　人类对于漂浮在太空中的碎片垃圾是时刻在监视着的，只有一些体型极小的碎片垃圾由于监测不到而不在监控范围之内，在各国发射卫星时，会找出相对安全的发射窗口，避免发生碰撞事件。目前在1000公里以内的近地轨道中，地面设备可以监测得到的体型大于10厘米的太空垃圾高达1.8万个，体型小于10厘米的太空垃圾更是多达10万个，这些太空垃圾基本上来自于美俄两国。虽然太空垃圾很多，但并没有让太空变得拥挤不堪，因为地球实在是太大了，这些垃圾分布在如此广袤的范围内，也是极其稀疏的。
　　地面上人们可以利用雷达来探测低轨道的太空垃圾，用光学望远镜监测高空轨道的太空垃圾，可以时刻的了解这些太空垃圾的动向，让正在使用的卫星很好的规避掉这些风险。像美俄卫星的相撞事件，实属偶然，美国的监控网络在第一时间监测到了碰撞事件的发生，但是却没能提前发出预警，可见即便地面部署了监控网络，监测难度也是极大的，发出预警也不是很容易的事情。所以，减少太空垃圾才是关键。
　　文/科学船坞
　　这是人们对空间尺度上的一种误判，因为很多人对空间有多大没有一个准确的概念，类似的例子还有一些大城市，比如北京上海，修了很多条地铁，很多人就会常说，修这么多地铁，把城市地下都掏空了。
　　而实际上，例如北京五环内面积约667平方公里，目前地铁里程600多公里，车站近400座，那么大致统计一下，整个地铁地下部分的总面积也就20平方公里左右。而且，这20平方公里还是分布于整个667平方公里的区域内，那么所占的比例就很小了
　　回到卫星上，这个空间就变成整个地球上空几百公里的立体区域，这个区域可比一个城市要大上10万倍以上。那么，这个区域内有多少卫星呢？
　　卫星按运行轨道是这么分的：
　　近地轨道，范围在距离地面300~1000千米的内，运行周期为1.5~2个小时，这里目前运行着大约2300颗各类卫星。
　　太阳同步轨道，范围在距离地面400~800千米的内，运行周期为1.5~2个小时，这里目前运行着大约600颗各类卫星。
　　上面这两个区域是卫星最密集的区域，总共近3000颗卫星，但是分布在整个地球表面上空1000千米以内的空间中。这个密度估计与一滴盐水融入到一个淡水湖内的比例差不多了吧。
　　除了上面两个轨道外，还有高椭圆轨道，高度在10万千米，轨道周期2~20个小时，这类卫星大约有500颗。
　　地球同步轨道，高度36000千米，轨道周期23小时56分，这类卫星大约1000颗。
　　以上就是主要的卫星分布，从数据上可以看出，卫星虽然有几千颗，但是分布的空间太大了。因此，实际上卫星之间的距离是非常遥远的。至于碰撞，除非人为控制让其相撞，否则的话是不可能的。
　　没有想象那么密。设低轨上空400公里轨道，周长3.14 13800（直径）=43000公里。假如卫星间距十公里，能容纳43000/10=4000颗卫星同一高度。
　　这个理论上不会发生，联合国有个机构专门管这个事情，名字叫着国际电联（ITU）。
　　总部设在日内瓦的ITU，负责分配和管理全球无线电频谱与卫星轨道资源，成员包括193个国家和地区。2015~2019年的ITU秘书长，就是我国的赵厚麟。
　　国际电联标志
　　按照卫星运行高度划分为低轨道、中轨道、高轨道卫星，低轨道卫星运行在距离地球1000公里以内，1000~20000公里高度为中轨道卫星，20000公里以上为高轨道卫星。
　　自从1957年前苏联将人造卫星送入太空之后，很多国家陆续将自己的卫星送入太空，根据太空监测数据显示，目前人造卫星造成的太空垃圾大约有10万件左右（包括失效卫星以及一些碎片），真正在轨运行中的卫星并不多（随着星链的密集发射，这种情况可能会改变）。
　　人造地球卫星
　　每一颗将要发射的人造卫星，在发射前必须得到ITU的批准，并将一些轨道参数和无线电频谱备案，确保不会与其它卫星或航天器相撞，原则上报废失效的卫星必须改变轨道进入大气层燃烧掉。
　　宇宙在我们面前是非常巨大的，即使地球的外太空也比我们想象中的巨大，人造卫星经过了一些轨道计算之后，理论上是不会相互碰撞的，除非发生意外情况。
　　2009年，美国铱星33与俄罗斯已报废的宇宙-2251卫星就发生了碰撞，但这是美方轨道计算错误所导致的。
　　星链
　　正常运行的卫星与卫星之间的碰撞可能不会发生，因为这些卫星的运行轨迹都处于时刻被监测的状态，有危险会提前改变卫星的轨道，但是大量留在太空的垃圾，却成了威胁包括卫星在内的太空飞行器的主要因素。
　　在以后4万多颗星链卫星在地球上空运行的时候，就很容易出现一些卫星失去控制，与其它卫星相撞也是有可能发生的事情。
　　会，2009年美国铱星33与俄罗斯已报废的宇宙-2251卫星在西伯利亚上空发生相撞，是历史上首次卫星相撞事故。这次事件到底是失误造成还是故意为之，最后也没明确结论。
　　历史上由于美国和前苏联的太空竞争曾导致恐慌，因此联合国主导下几十个国家一块签署了和平利用地球外层空间的协议。所以现在地球外层空间是谁有能力就可以和平开发利用，只是航天是一项系统的工程，一般小国家玩不转。为了防止卫星相撞的事件，卫星轨道的利用都是一个卫星占据一个，并且和其他的轨道没有交叉，有高度的差别，卫星发射之前就要在联合国备案确定轨道，为的就是避免卫星相撞的事件发生，避免因此造成不良国际事件。也由于这些航天规定，目前极少发生卫星相撞事故。
　　2009年美俄卫星相撞，一般认为是由于卫星自然的轨道变化引起的，地球的引力是不打均衡的，因此对卫星的引力在不断变化，卫星的轨道参数就会受到一定影响，像国际空间站那样的航天设备，还需要定期地调整轨道高度；一般的卫星距地面高度也不是很高，大概也就几百公里，而这个范围严格说仍在地球大气层内，虽然大气已经十分稀薄，长期作用下仍然会对飞行器造成一定影响。因此现代卫星也需要携带一定燃料，为的就是根据监测改变轨道参数，也因此，现代一些国家在开发卫星捕捉和攻击技术，也是一些专家怀疑2009年那次卫星事故是人为的原因。
　　地球外层空间的广阔加上卫星轨道参数的唯一性，使得卫星相撞事件发生的可能很低很低，但是由于以前人类发射了很多卫星，现代很多已经完全失去联系，成为了太空垃圾，它们的轨道在不断变动，成为影响人类航天器安全的重要因素。
　　全世界发射了那么多卫星，难道在宇宙中不会相互碰撞到吗？
　　高中物理就学过，卫星绕地球运动都是有特定轨道的，不同轨道的卫星运行的速度和运行的高度一般不一样。根据万有引力定律可知道，轨道越高的卫星运行的速度越小、周期(绕地球运行一圈的时间)越长。
　　所以，不同卫星一般都有自己的轨道，它们在各自轨道上稳定运行，发生卫星碰撞的可能性非常小。下面我们来看看卫星运行轨道的分类及其特点 ：
　　按照轨道倾角大小，卫星的轨道可分为：赤道轨道、极地轨道、倾斜轨道（分顺行轨道和逆行轨道）。
　　1、赤道轨道：倾角为0度，卫星轨道平面 与地球赤道平面重合，卫星始终在赤道上空飞行。
　　2、极地轨道：倾角为90度，卫星轨道平面与地球赤道平面垂直，卫星飞跃南北两极上空。它的星下点轨迹可以覆盖全球，是观测整个地球的最合适的轨道。气象卫星、资源卫星、侦查卫星经常采用这种轨道。
　　3、倾斜轨道：轨道倾角既不是0度又不是90度，统称倾斜轨道，分为顺行轨道和逆行轨道。
　　虽然说各个卫星都有自己的特定轨道，但是随着各国发射卫星的数量急剧增多，轨道资源越来越紧张，特别是同步卫星轨道。
　　同步卫星由于是要相对地球自转时是静止的，也就是卫星绕地球运动方向要与地球自转方向一致，而且卫星运行周期要和地球自转周期一致(也就是1天)，所以这类卫星必须是定点于赤道上空某个特定高度(大约是36000公里)，即所有国家的同步卫星共有一根轨道，这样就看谁先抢到位置了。
　　随着卫星数量越来越多，有些废弃的卫星由于没有能量，就会在太空中飘荡，成为太空垃圾，这些太空垃圾对正常卫星造成一定的威胁，需要进行清理。
　　全世界在过去的几十年发射了2000多颗在轨卫星，而马斯克＂星链计划＂计划未来几年内就陆续发射42000颗升空，总数量将达到45000颗，这将是现有数量的22倍。那么，全世界发射这么多的卫星难道不会相互碰撞吗？站长表示：除非卫星有意受控碰撞，意外碰撞的概率不足万分之一。
　　这里是科学驿站，我是站长，这篇文章，咱们就来探讨一下＂宇宙中的卫星为什么不会相互碰撞＂这个话题。
　　如果要问谁是现实版的钢铁侠，埃隆·马斯克必然是当仁不让，作为科技谜心中的偶像，马斯克在2015年在美国西雅图公布了他的又一个疯狂的计划——＂Starlink（星链计划）＂。按照马斯克的设想，如果向宇宙中发射上万颗星链卫星组成通信网络，就能为全世界任一角落提供互联网服务。基于这个计划，马斯克的spaceX公司将利用先进、廉价的可回收火箭，陆续发射12000颗卫星，随后又扩大到42000颗。
　　自2020年开始，马斯克就几乎是以每个月一次的频率开始发射卫星，每次的数量为60颗，在轨数量已经达到了595颗。那么，如果马斯克将42000颗全部发射完毕，难道不会造成太空拥堵甚至发生撞击吗？
　　站长认为，这个担心虽有必要，但撞击几率可能万分之一都不到，原因有以下几个：原因1 轨道空间巨大
　　45000颗人造卫星，这个数字乍一听确实多的惊人。
　　45000颗人造卫星，你很可能会联想到地球上空得拥挤成这个样子：
　　其实不然，这个图片完全没有按照同样的比例把地球和卫星进行缩小。
　　地球大约有502785515平方千米大小，而一颗人造卫星有多大呢？以星链卫星为例，它仅为一张办公桌般大，即使进入太空轨道后展开太阳能板，最宽处也仅不足10米，面积更是不足10平方米，这个尺寸在地球上都可以忽略到。
　　而人造卫星一般都分布在距离地球5000公里到20000公里的高度上，这个高度上的空间比地球又大了好几个数量级。
　　所以，如果要按照真实的比例尺来画的的话，人造卫星连这个图上的一个像素点都算不上。
　　所以，至少目前或者未来几十年内，太空中的人造卫星一点也不会像马路上的汽车那么拥挤，这是卫星不会相撞的最根本原因。
　　原因2 轨道参数＂有迹可循＂
　　轨道空间足够大是不是就能确保卫星一定不会相撞呢？肯定不是。
　　如果世界所有的国家都向同一轨道高度、同一块区域密集发射卫星的话，当然也是存在撞击的可能性的。比如，美国首先向一块区域发射了卫星，如果俄罗斯、日本等国家也头铁非要向那里发射的话，那就有热闹看了。
　　所以，世界上所有的国家在实施太空探索时，都要向国际组织公布轨道参数信息，也就是要发射的地点、途径的空域、预计的轨迹以及最终的入轨点，发射后如果要变轨道的话，也要向该国际组织公布。其他国家在看到这些发射信息后，自然就会进行避让该区域，比如发射到更高或更低的轨道，减小撞击可能。
　　所以，世界各国的信息共享、团结合作也是避免卫星相撞、和平利用太空的保障。
　　原因3 变轨避让技术
　　如果大家都往同一块区域发射卫星怎么办呢？卫星是不是就得原地等着被撞呢？
　　当然不是。
　　卫星或者空间站等在轨航天器都备有一定的燃料，如果有危险来临，通过地面指挥站的指令，可以启动引擎进行紧急避让，只要升高或者降低一定距离，就可以避开其他卫星了。
　　而且，近些年发射的卫星或者航天器上都装有自动避让装置，即使和地面指挥站失去了联系，也可以自主避让。
　　不过，卫星变轨避让也有个隐患，那就是避让一次太耗费燃料了，而空间站上携带的燃料又极其有限，每避让一次都很可能意味着卫星或者空间站的在轨时间大大缩短。
　　所以，实施紧急避让也只能是最下下策的无奈之举了。太空探索应通力合作，避免太空竞赛
　　就在前几天，咱们国家通报了马斯克的SpaceX＂星链＂卫星在今年内两次接近中国空间站的案例，在这两次案例中，星链卫星在没有提前通告其他国家的情况下，大幅度变换原有轨道，而中国空间站监测到危险来临时向SpaceX公司提出了预警，要求变化轨迹。但是，星链卫星并没有按照咱们的提醒做出任何避让措施。
　　咱们的空间站为了空间站里航天员的安全，不得已情况下实施了紧急避碰措施。
　　上下两图分别记录了7月份和10月份两次近距离接触的过程，其中红色为中国空间站，蓝色为星链卫星，星链一次没有调整过轨道，另一次则进行了＂微小的躲避＂。
　　7月份：
　　10月份：
　　可以说，美国的＂星链＂卫星已经在太空中开启了＂野蛮扩张＂，他们以每月60颗卫星的速度在太空中＂跑马圈地＂，占领着越来越多的空间。
　　随之而来的，却是整个人类探索太空的风险增加。
　　根据数据统计，＂星链＂卫星已涉及大约1600起航天器接近事件，占到世界有史以来所有航天器危险事件的一半。
　　60颗星链卫星发射瞬间：
　　所以，正如我文章开头所讲：除非卫星有意受控碰撞，意外碰撞的概率不足万分之一。
　　而人类如何通过规章制度或者法律来约束各太空探索国家的行为，避免受控碰撞，才是安全探索、开发太空的前提。
　　你认为卫星会在太空中相撞吗？你认为星链计划存在安全风险吗？你认为中国应该如何应对这种卫星碰撞或者轨道空间紧张的风险呢？欢迎留言区讨论！
　　这里是科学驿站，我是站长，下一篇文章，我将会讲一讲历史上有名的卫星撞击事件，欢迎关注~