如果你在2031年某个合适的时间，恰好在地球上离陆地最远的太平洋尼莫点附近闲逛，你将会看到一场精彩的表演，而海洋将迎来一位新的永久居民：国际空间站（ISS）。届时，空间站的寿命将正式结束，它将尖叫着穿过大气层，猛烈撞击太平洋，永远不再接待宇航员或进行微重力实验，也不再发生与任务控制中心的紧张关系。
SpaceX建造的一艘特殊飞行器将协助这次撞击，它将推动国际空间站向海洋方向坠落，目的是确保其碎片在坠落过程中不会击中任何人或物。
当一颗卫星进行单程穿越大气层的旅程时，这个过程被称为脱轨。这个旅程可以是故意的和受控的——就像国际空间站那样。它也可以是被动的，即允许航天器自行下降和燃烧。后一种选择是小型新卫星和已报废且不受任何人控制的旧卫星的常态；有时，后者足够大，以至于部分部件能在再入大气层后幸存下来。
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在未来几年，计划发射的卫星数量——这些卫星之后都必须脱轨——预计将急剧增加。确保它们的寿命安全结束——最大限度地减少对人、财产、飞机和大气层本身的风险——并非易事，科学家、工程师和监管机构正在努力解决其中的细节问题。
最大的危险来自可能无法在再入大气层时完全解体的大型航天器，无论是新的还是旧的。“我们很多人一直在呼吁结束大型卫星不受控制的再入大气层，”天体物理学家乔纳森·麦克道尔说，他是哈佛-史密森天体物理中心的研究员，也是追踪太空发射的通讯《乔纳森太空报告》的发布者。“这简直是不可接受的。”
空间站的脱轨是可预见的未来将发生的最复杂的太空撤离行动，因为国际空间站是曾经进入太空的最大的*人造*结构。
由于其体积庞大，空间站不会像一些较小的卫星那样在大气层中完全燃烧殆尽，而是会将微波炉大小到汽车大小的碎片散落在其坠落的地球区域。
为了确保碎片散落在空旷的太平洋上，而不是例如纽约市，美国国家航空航天局（NASA）必须将其推向那里。为此，该机构聘请了SpaceX，后者将建造特殊版本的龙飞船，这种飞船是将货物和人员往返空间站的太空舱。
这艘被称为美国脱轨飞行器（USDV）的龙飞船将比其运送表亲更强大：它将拥有46个推进器，而不是仅仅16个，并且它将拥有更大的舱体来容纳所有这些发动机，六倍于正常推进剂和动力系统，提供四倍于通常的动力。一旦SpaceX完成建造这艘类固醇龙飞船，它将把这艘价值15亿美元的航天器移交给NASA，后者将拥有并运营它。
在行动开始时，USDV将在最后一批宇航员仍在空间站时与其对接，以便他们可以验证其工作状态。之后，NASA将让空间站的轨道自然衰减，当空间站比现在下降70公里时，宇航员将离开。航天器将作为一艘幽灵船，继续下沉六个月，自然下降到地球上方220公里。当国际空间站在其轨道上的正确位置时，大约二十几个特殊龙飞船的推进器将同时点火，将其猛烈地推向尼莫点。
麦克道尔说，这种猛烈的推动听起来很简单，但事实并非如此。随着空间站深入大气层，空气变得越来越稠密。“风力太大了，”他说，“这将使空间站难以保持方向。”如果火箭科学家没有让空间站指向正确的方向，他们就无法有效地使用推进器来控制其运动。“因此，你必须在足够高的高度进行最后的发动机燃烧，以便你仍然可以控制它，”麦克道尔说。
而且你必须将其速度提高得足够高和足够快，以至于它实际上会脱轨并在正确的位置坠落。在第一次尝试中实现这种冲击力至关重要——这很可能是USDV将拥有比其必要数量更多的发动机的原因。（SpaceX未回复置评请求。）
空间站将是迄今为止从轨道返回的最引人注目的物体。但这远不是唯一需要降落的东西。“你不想把死物留在轨道上，尤其是近地轨道，因为那里非常拥挤，”麦克道尔说。此外，如果任其自行坠落，大型死亡物体最终将不受控制地再入大气层，这支持了计划脱轨的观点。美国联邦通信委员会最近将低轨道卫星停止工作到脱轨之间允许的时间间隔从25年缩短到5年，以便太空交通不会变得无法管理。但美国不是唯一一个在太空中拥有物品的国家，唯一存在的国际框架是机构间空间碎片协调委员会的不可执行指南，该指南坚持25年的时间表。“确保我们保持太空资源可供后代使用非常重要，”Astroscale US的执行副总裁克莱尔·马丁说，这是一家太空可持续发展公司，致力于管理近地轨道拥堵的技术。
随着美国新的时间表要求，以及如此多的卫星计划作为SpaceX的星链等星座的一部分进入太空，返回地球的物质数量将急剧增加。较大卫星（如国际空间站）的下降必须受到控制，因为它们的部分部件将在旅程中幸存下来。但是，多大才算大呢？“我认为如果它在半吨以下，你可能不需要担心，”麦克道尔说。“如果超过几吨，你就应该担心。而在中间，这有点取决于情况。”
正确脱轨的风险很高，因为没有人希望轨道拥挤，或者相反，被太空碎片击中——这种情况可能会发生，并且除非人类解决他们的脱轨问题，否则未来只会从统计学上变得更有可能。例如，来自龙飞船的舱体部分部件在2024年幸存下来，再入大气层后击中了北卡罗来纳州和加拿大的地点。从通过大气层处理掉的一组国际空间站电池中幸存下来了两磅重的碎片，这些碎片随后撞穿了佛罗里达州一栋房屋的屋顶。
国际空间安全基金会主席兼南加州大学宇航实践兼职教授迈克尔·凯齐里安指出了有关不受控制地坠落穿过大气层的卫星的数据。“通常，大约30%的质量会幸存下来，”他说。诸如推进器、压力容器、电池和反作用轮等较大的组件未能完全烧毁。
如果卫星运营商想确保这些质量不会落到任何人或物上，他们必须主动控制航天器的再入大气层。这可能涉及将卫星连接到像USDV这样强大的推进器组；较小但类似的系统可以处理中等大小的航天器。卫星还可以使用自己的推进剂和推进器以计划的方式完成其寿命，或使用专门用于寿命终止操作的特殊发动机，例如太空运输公司D-Orbit制造并在发射前安装的发动机。空客等公司已经致力于研发网和鱼叉，可以缠绕或刺穿太空中的物体，并将它们带回大气层。
至少大部分会燃烧殆尽的较小卫星也可以在及时但被动地降落方面获得一些帮助。一些公司一直在研究系绳，基本上是长金属条，会在卫星后面飞行，并将它们的动能转化为电能，从而减缓卫星速度并使其向下坠落。还有阻力伞，一种有点像扁平降落伞的薄材料，附着在卫星上，以产生更大的大气粒子阻力并将卫星拖下来。
在Astroscale，马丁和她的同事们进行了一项名为ELSA-d的演示任务。对于这项任务，他们在客户的卫星上安装了一个对接板，并使用他们的ELSA-d飞行器以磁力捕获该卫星，然后将其释放。后续的ELSA-M任务将使用类似的技术来对接、释放和脱轨来自互联网服务公司Eutelsat OneWeb的实际航天器。“我们必须对我们在轨道上所做的事情负责，其中一部分是利用它来发挥其优势，然后在之后负责任地对待它并处理掉[我们的]东西，”马丁在谈到卫星运营商时说。“将其移开。”
处理卫星涉及艰难的选择。对于所有在没有良好降落计划的情况下进入轨道的旧航天器来说，现在制定一个良好的计划来让它们降落是不可行的。
凯齐里安担心来自新旧卫星的坠落太空碎片的未来——包括卫星留下的碎片可能不会对地面上的任何东西造成致命伤害，但可能会对飞机造成灾难性影响。
凯齐里安已经考虑了这个问题与哥伦比亚号航天飞机灾难的关系，当时至少有九架飞机飞过事故中产生的碎片尾迹。
这些险情导致NASA改变了航天飞机着陆程序，以更好地考虑事故期间的地面风险，并改善NASA和美国联邦航空管理局之间的合作，以预测和应对潜在的碎片。
凯齐里安认为，还需要进行更多更改。目前，水手和飞行员分别从海岸警卫队和美国联邦航空管理局收到有关受控脱轨的通知。“在星期五下午2点到3点之间，不要将你的船只或飞机放在该区域，因为存在太空碎片坠落的风险，”麦克道尔总结了这些通知，这些通知对于飞机来说被称为NOTAM（飞行员通知），对于船舶来说被称为LNM（当地航行通告）。
但并非所有太空碎片事件都可能导致此类警告。尽管任何一块太空碎片击中任何一架飞机的几率都很小，但你发送到地球的物体越多，你的空中交通越多，几率就越高——而且你越有可能发生一种黑天鹅事件，其中一块卫星电池击落了一架载有人员的飞机。
根据凯齐里安的说法，官员们需要在这些几率随着发射越来越多的卫星而上升太多之前，提前解决这个问题。“你需要更擅长预测不受控制的再入大气层，”他说。“你必须非常清楚碎片将坠落穿过空域的位置。然后你需要一种方法来及时通知飞机的机长避开航线。”这些通知更像是天空中的Waze，而不是NOTAM。凯齐里安希望将政府对太空碎片的严格跟踪扩展到大气层，并将该信息传递给空中导航系统，从而实现“与再入碎片的狭窄足迹相对应的空域动态关闭”，从而使飞机能够有效地重新规划航线。
即使解决了碎片影响飞行和撞穿房屋的问题，麦克道尔说，卫星成分熔化和汽化仍然会造成脱轨问题。“你正在改变高层大气层的化学成分，以及在高层大气层中产生本身具有化学效应的冲击波，”他说。
专家们开始担心这种影响实际上可能很大，并且会越来越大。在稀薄空气的样本中，“那里存在所有这些金属垃圾，这些垃圾以前不存在，看起来像是来自汽化的航天器，”麦克道尔说。他目前正在撰写一篇论文，估计有多少外来物质残留在大气层中。“我们只是还不知道这些影响是什么，”他说。“但这并不意味着你可以说，‘哦，好吧，不用担心，’对吧？”
事实证明，脱轨大多令人担忧。确定如何科学和技术地缓解这些担忧，将是确保太空和地球保持安全的关键。“我们需要现在就开始解决这个问题。我们不能等待并希望它会消失，”马丁说。“它不会的。”