为什么会"退役"

卫星寿命终结的原因通常有几个:

  • 燃料耗尽:用于轨道保持和姿态控制的推进剂用完了。这是低轨卫星最常见的寿命限制因素,因为稀薄大气的阻力需要不断补偿;
  • 设备老化:电子器件、电池、太阳翼性能衰减;
  • 技术过时:任务需求变化。

不同轨道的处理方式

低轨(LEO)

方案:主动离轨,再入大气层烧毁。

在寿命末期,用剩余燃料把卫星减速,让它进入一条再入轨道。

大部分卫星会在再入过程中烧毁(气动加热)。少数残骸可能落到地面,但通常落在海洋或无人区。

国际通行准则:任务结束后 25 年内完成离轨。

近年各国的标准在收紧,一些国家和机构要求缩短到 5 年,或者要求提高"完全烧毁"的概率(通过选用易烧毁的材料、设计时考虑解体特性)。

如果燃料不够:有些退役卫星无法主动离轨,只能被动等待轨道自然衰减——对 800 公里以上的轨道,这个过程可能长达数百年。

辅助手段:给卫星加装离轨帆(增大面积,利用稀薄大气加速衰减)或电动力缆绳(利用地磁场产生阻力),作为被动离轨措施。

地球同步轨道(GEO)

方案:抬升到"墓地轨道"。

GEO 卫星离轨(降回地球)需要巨大的速度增量,不经济。而且 GEO 轨道资源极其宝贵(位置有限,且必须保持间距以避免干扰)。

因此做法是:在寿命末期用剩余燃料把卫星抬高约 300 公里以上,进入墓地轨道,腾出宝贵的轨位。

国际准则:通常要求抬升到 GEO 之上至少 300 公里。

为什么不是随便抬:墓地轨道也需要管理,避免未来产生碰撞。

中轨(MEO)

导航卫星(如 GPS、北斗)位于约 20000 公里高度。

这类轨道离轨代价极大,通常也采用抬升到墓地轨道的方式。

一个重要原则:钝化(Passivation)

无论哪种处理方式,退役前都要做钝化:

  • 排空剩余的推进剂(或排放到安全水平);
  • 给电池放电或断开;
  • 关闭不必要的设备。

目的:防止残留的能量在未来导致爆炸解体,产生大量碎片。

历史上,多起在轨解体事件是由废弃火箭上面级的剩余推进剂爆炸引起的。

一个现实问题

规则是有的,但执行率不高。

据统计,历史上符合"25 年内离轨"准则的低轨航天器比例并不理想——部分原因是许多老卫星在准则确立前就发射了,部分原因是有些卫星因故障失去控制,无法执行离轨。

失控的卫星是最麻烦的:既无法主动离轨,又可能成为碰撞源。

未来的方向

  • 在轨服务:给卫星加注燃料、维修,延长寿命;
  • 主动清除:用专门航天器移除已失效的大型物体(前文提到过技术难度);
  • 设计即考虑处置:从设计阶段就把离轨能力作为硬指标。

说明:本文为空间可持续性的公开知识整理。