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1957 年，世界上第一颗人造卫星 Sputnik-1 成功升空，拉开了人类探索外太空的帷幕。至今人类已进行 5 000 余次火箭发射任务（包含发射失败的任务），成功将 9 000 余颗卫星送入地球轨道，截至 2018 年年底，有 5 000 余颗卫星仍然留在太空中，但其中正常工作的仅 1 200 余颗，其余绝大部分因丧失功能而成为空间垃圾。同时，截止到 2018 年年底，已发生过 500 余次在轨航天器或火箭载体爆炸/撞击（破碎）事件，伴随着这些爆炸、解体事件，产生了数量众多的空间垃圾，其在高度 2 000 km 以下的低地轨道 （ low earth orbit,LEO） 和高度约为 36 000 km 的地球同步轨道 （ geosynchronous earth orbit,GEO） 上的分布示意图如图 2 -1 所示。目前，人们已普遍认识到空间碎片是人类近地空间站活动中面临的最大危险，它对在轨航天器和宇航员构成严重的甚至是灾难性的威胁。
美国国家航空航天局 （ National Aeronautics and Space Administration,NASA） 空间碎片项目办公室 （ Orbital Debris Program Office, ODPO） 从 20 世纪 90 年代以来一直对空间碎片进行跟踪研究，定期发布空间监测网 （ SpaceSurveillance Network, SSN） 所编目物体的空间态势报告，从中可以获取空间碎片的最新变化动态。截至 2019 年 1 月，美国 SSN 编目空间物体数量已达到近 2 万颗，如图 2 -2 所示，其中 90% 以上为空间碎片，总质量约 8 000t, 如图 2 -3 所示 [5] 。编目空间物体中碎片特征尺寸的下限约为 10cm, 未被编目尺寸小于 10cm 的碎片数量更是难以估量。虽然通过天基和地基观测网已经获得了有关编目物体的大量数据，但编目物体中的空间碎片仅代表了空间碎片的一小部分，对未编目碎片数量的估计是由模型的外推和有限的几次轨道探测结果的综合分析获得的。按照静态模型估计，尺寸大于 10cm 的碎片约为 34 000 颗 ,1 ~ 10 cm 之间的碎片数量约为 900 000 颗 ,1 mm ~ 1 cm 之间的碎片数量超过 12 亿颗 ,1mm 以下的数量数以百亿计。
图 2 -1 空间碎片分布示意图（来源： NASA ODPO）（ a） LEO空间碎片分布图；（ b） GEO空间碎片分布图
图 2 -2 SSN编目在轨空间物体的数量变化
图 2 -3 SSN编目在轨空间物体的质量变化
对于编目空间碎片，由于可以被跟踪编目，所以可以根据其编目数据定量描述其空间分布。截至 2017 年 1 月 1 日 , SSN 编目物体分布密度随轨道高度变化情况如图 2 -4 所示 [6] 。总体上看，空间碎片随空间高度分布是不均匀的，在低轨区域、中轨 （ medium earth orbit, MEO, 轨道高度为 2 000 ~ 20 000 km） 区域和高轨区域已编目的空间碎片数量比例分别为 75.2%、8.3% 和 9.4%。 其中 , LEO 区域的空间碎片在轨道高度 700~ 1100km 之间有最大的分布密度，主要原因是载荷为光学相机和雷达的卫星多在此高度上，而轨道高度较低的卫星由于大气阻力大部分都坠入大气层 。 LEO 上空间物体的密度约为 10 -8 个 / km 3 量级 , GEO （通信卫星密集区域）上空间物体密度变化范围为 10 -11 ~10 -9 个 / km 3 。从数量的分析中可以知道，相对于 GEO, 空间物体更多集中在 LEO 上。
图 2 -4 SSN编目物体分布密度随轨道高度变化情况
根据航天飞机舷窗玻璃撞击损伤分析结果，空间碎片主要的组成材料包含铝/铝合金、漆、钢、铜和钛等（图 2 -5 ），其中前两者的质量分数之和达到 81% [7] 。可以推知，空间碎片的平均密度约为 2.7 g / cm 3 。
图 2 -5 空间碎片的材料组成