太空垃圾正以前所未有的频率坠落澳洲各地，且越来越不安全。
航天器发射时，包括一次性火箭助推器在内的部分组件会被抛弃以减轻重量，按设计应在重返大气层时因摩擦生热而燃烧殆尽。
卫星寿命终结后也会进入大气层，理论上应该完全烧毁。但现实情况是，许多碎片并未如预期销毁。
这些未完全燃烧的航天器组件和卫星碎片，可能对地面人员和建筑构成威胁。在SpaceX等私营企业推动发射量激增的背景下，曾经极其罕见的风险，正演变成日益严峻的威胁。
坠落地球的碎片
自2021年以来，再入碎片已多次砸落在世界各地的私人和公共财产上。其中最知名的事件涉及SpaceX Dragon的碳纤维非密封舱（trunk）碎片。这种用于储存物资的舱体比15座客货两用车还大，会一直连接在载人舱上，直至再入前数小时才分离。
在前往国际空间站的任务中，Crew 7任务的非密封舱残骸坠落在美国北卡罗来纳州，Crew 1任务的碎片落在新州，Axiom 3任务的碎片则掉到了加拿大萨斯喀彻温省。
并非所有空间碎片在落回地球前都会在大气层中燃尽。PaulFleet/iStock via Getty Images
除了非密封舱残骸外，用于调节航天器姿态的碳纤维加压气体储存组件也是回收到的再入碎片中的大宗。最近在澳洲、阿根廷和波兰都发现了此类残骸。
既然大多数进入大气层的碎片都会烧尽，为什么这些残片能抵达地球表面？
大气层再入
像SpaceX旗下Starlink这类卫星运行在近地轨道，通常位于地表上方190至1,240英里（300至2,000公里）之间。
为维持轨道运行，它们必须以每小时约17,000英里（27,000公里）的惊人速度移动。要达到这一速度，装载着百万磅燃料的火箭必须为其加速，而这部分能量仍蕴含在卫星的动量之中。
当轨道上的物体逐渐下沉、接近地球高层大气时，便开始与空气分子发生碰撞而减速。这一过程产生的热量会迅速吞噬卫星，在超过3,000华氏度（1,600摄氏度）的高温下熔化金属。
发射数量激增
自20世纪50年代以来，世界各国就一直在向太空发射物体，为什么再入问题如今才引发关注？
从20世纪60年代开始，每年仅有约100个物体被送入太空——这一规模一直延续到2016年。但此后，发射数量呈指数级增长：2016年发射量为200个，到了2025年这一数字飙升至4,500个。换言之，自20世纪50年代以来发射的所有太空物体中，有20%是去年一年送上去的。
这些发射大多来自美国的SpaceX和Rocket Labs等公司。这些公司以及美国境外的相关机构，正计划建立由数十万乃至一百万颗卫星组成的大型卫星星座。
发射的物体和载荷越多，再入事件自然也越频繁。按照国际委员会制定的法规，卫星运营商必须在卫星退役25年内将其从轨道上移除。包括美国联邦通信委员会（FCC）在内的全球多个机构，正推动将离轨窗口缩短至五年。受这些指导方针影响，近期密集发射所带来的再入碎片冲击，要在未来10年甚至更久之后才会完全显现。
可以说，今天的发射活动和政策决定，将对未来的安全产生深远影响。
碳纤维：意外的“保护伞”
随着全球技术进步，向太空发射物体的效率也在不断提升。
得益于碳纤维增强塑料和新型金属等材料的应用，卫星和航天器正变得更轻、更强、更耐热。这些坚固的材料因质量轻而备受青睐，但它们也可能让脱轨碎片扛住再入大气层时的高温考验。
碳纤维曾是航天技术的专属材料，如今已广泛应用于自行车车架和赛车车身等日常用品。在制造高强度、轻量化的航天器组件方面，如火箭机身、级间段（位于火箭各级之间的保护壳）以及承受极端温度和机械应力的压力容器，碳纤维至今仍是金标准。
铝和钢等简单金属会熔化并烧毁，而碳纤维等复杂材料是在高达5,000华氏度（3,000摄氏度）的高温下制造的，烧毁方式难以预测，从而改变了被抛弃组件在再入时的解体模式。
自21世纪初以来，大部分回收的空间碎片要么含有碳纤维增强塑料部件，要么含有以碳纤维包裹的金属组件。碳纤维可能在无意间充当了“热屏蔽罩”，反而保护了更重、更危险的碎片完整坠地。
该地图显示了已确认为空间碎片的回收地点。随着发射次数的增加，欧洲空间局预测未来的空间碎片实际上可能落在全球任何地方。European Space Agency
“为销毁而设计”
“销毁设计”（Design for demise）是减轻再入碎片风险的一大研究方向。与其依赖受控且精确计时的离轨方式——即在寿命终结时将幸存组件引导坠入海洋，不如直接设计航天器组件，使其在穿越大气层脱轨时彻底解体。
销毁设计可采用多种思路：改用更易受热影响的材料；将难以烧毁的组件移至航天器在再入过程中温度更高的部位；或使用在高温下会断裂的连接件，让结构分解成较小的组件以便完全燃尽。
长期以来，航天器制造一直追求采用最轻、最强、最耐热的材料，刻意让某些材料变弱听上去似乎有悖常理。关键在于让材料变得更“聪明”——在执行任务期间保持足够强度，但在再入的高温下主动“示弱”。
