太空垃圾已达“临界点” 多种清理技术轮番登场

航天 · 2016-10-31 15:20:20

为了实现进驻太空的梦想，各国纷纷投入大量人、财、物，研究航天技术、发射卫星、建立空间站，在航天技术日益发达的今天，去太空旅游、在失重中漫步的梦想本已不再遥远。可让人意想不到的是，人类尚未全面进驻太空之时，太空已垃圾成患。美国全国研究委员会9月1日公布报告称，地球上空的太空垃圾数量已经达到“临界点”，太空中轨道碎片的数量已多到足以持续碰撞并产生更多太空垃圾，威胁航天器的安全。报告认为，太空垃圾与温室气体、核废料存储等问题一样，短期的影响都不大，但如果长期得不到处理，未来将对人类社会影响巨大。 　　　　——— 成因 ——— 　　围绕地球轨道运行的无用人造物体 　　太空垃圾也被称轨道碎片，是围绕地球轨道运行的无用人造物体，既包括已经“寿终正寝”，但仍在空间轨道兜圈子的各类卫星、被遗弃的运载火箭推进器残骸等，也有航天器意外爆炸或者碰撞形成的碎片，还有一些螺丝和垫圈之类的零部件。此外，宇航员在太空作业时“随地乱扔”的垃圾或者失手遗落物品也会成为太空垃圾的来源。例如，1965年美国首次进行太空行走，宇航员爱德华·怀特在舱外活动时不小心掉了一只工作手套，这只时速约2.7万公里、带有巨大杀伤力的手套至今仍在太空中飘荡。 　　据不完全统计，太空中现有直径大于10厘米的碎片9000多个，大于1.2厘米的数十万个，体积更小更难以观察的颗粒更是数以百万计。2011年上半年，NASA的科学家还警告说太空垃圾的“临界引爆点”正在来临，并宣称即使不再发射航天器，到2055年，由碰撞所产生的新碎片数量也将超过落回地球和燃烧掉的碎片总数。 　　太空垃圾的确切数字一直在波动，这是因为一些碎片在重新进入轨道时会进行燃烧，并且产生新的碎片进入轨道。几乎所有的航天国家都为太空垃圾作出了“贡献”，当然美国在这里面有最大的“股份”——大约占到了其中的30%。前苏联和中国也曾产生了大量的太空垃圾。 　　　　——— 影响 ——— 　　地球将变成永久垃圾带击碎飞天梦想 　　1978年，NASA的天文学家唐纳德·凯斯勒提出“雪崩效应”，即当在近地轨道运转的物体密度达到一定程度时，每一次撞击并不能让碎片互相湮灭，而是产生更多碎片，每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。这意味着近地轨道将被各种危险的太空垃圾所“封锁”，地球将变成一个永久的垃圾带。对于人类的飞天梦想来说，这无异于世界末日。沿着空间站和数百颗卫星轨迹旅行的是高速运转的16000多块火箭碎片，其中的任何一个都可能对处于轨道上的人类和航天器构成威胁。 　　　　“宇宙交通肇事案”时有发生 　　太空垃圾巨大的破坏力还来自于它的速度，其飞行速度可高达每小时4万公里。据美国宇航局约翰逊航天中心轨道残骸计划首席科学家尼古拉斯·约翰逊介绍，一块质量约10克的空间碎片与航天器相撞时，产生的撞击效果就和两辆时速100公里的汽车相撞的效果一样，后果是灾难性的。 　　据专家测算，目前太空轨道上每个航天器发生灾难性的碰撞事件的概率为3.7%，而发生非灾难性撞击事件的可能性高达20%。英国南安普敦大学的空间碎片专家休·刘易斯说，在未来50年中，预计将发生5起到10起碰撞事件，由此还会产生大量太空垃圾。 　　到目前为止，虽然太空垃圾和运行航天器之间的破坏性撞击还比较罕见，但是，两者狭路相逢，最终引发一起“宇宙交通肇事案”也并非没有先例。1986年，“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸，成为564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片，这些残骸和小碎片在绕地球轨道飞行的过程中，不仅导致两颗日本通信卫星“命丧黄泉”，甚至在10年后，法国侦察卫星“西雷斯”也仍没有逃脱撞上这些残骸的厄运，结果受损严重，不得不停止工作。更让人记忆犹新的“太空撞车”事故则发生在2009年2月，美国铱星公司1997年发射的“铱星33”通信卫星与俄罗斯的一颗已经废弃的军事卫星“宇宙2251”相撞，产生的大量碎片从它们所在的轨道抛出，散布到广阔的太空，形成了更多新的太空垃圾。 　　　　国际空间站频遭太空垃圾“偷袭” 　　国际空间站近年来也频遭太空垃圾“偷袭”。2009年3月12日，由于一块直径约12.7厘米的太空垃圾接近国际空间站并可能对其构成威胁，空间站内的3名宇航员曾紧急疏散到与空间站对接的“联盟”载人飞船上避风头。在随后的3月17日，美国“发现”号航天飞机与国际空间站对接时，一块卫星碎片也在接近空间站，但该碎片没有对空间站构成威胁，而是保持着安全距离“擦身而过”。然而，仅仅一周之后的3月23日，“发现”号宇航员计划完成返航前最后一次太空作业时，却再次面临太空垃圾挑战。为防止与这块约10厘米碎片“亲密接触”，国际空间站与“发现”号不得不调整位置，减速行驶大约3小时。连番遭遇垃圾“骚扰”，令宇航员阿里巴鲁霍无奈地感叹，躲避这些垃圾是项大任务，非常累人，有时把人折腾得精疲力竭。 　　　　——— 对策 ——— 　　严密跟踪，精准建模 　　通过加速发展太空监视系统，对太空垃圾进行严密跟踪，及时发布预警，使航天器采取有效的技术手段避开太空垃圾。美国和俄罗斯各自都有先进的追踪系统，欧洲航天局也在对所有在近地轨道上运行的太空垃圾进行编目，以便更好地掌握它们的动向。 　　预测哪些碎片将与运行中的航天器发生碰撞需要精准地建模。休斯敦NASA下属约翰逊空间中心曾于1979年成立了一个办公室，用来解决这一问题。从1990年开始，研究人员一直在使用一部陆基X波段雷达更准确地跟踪太空垃圾的运动。但是NRC的评估小组担心，一些小的微粒并没有得到充分地跟踪，并且这些运动的复杂性也没有被完全搞清。 　　　　主动出击，开发太空垃圾清理技术 　　有科学家建议借助“终结绳索”让卫星自毁。在卫星正常运行期间，把一根长度为5000米的细导线绕成一个线圈，放置在卫星内部。当接到地面指挥中心下达的卫星报废指令时，这根“终结绳索”便会自动打开，产生巨大电流，形成电离层。电离层与地球磁场相互作用，使地球磁场形成向下的拉力。这种拉力会让卫星降低轨道，只需几个星期或几个月便可坠入大气层自行燃烧。该计划获得了美国宇航局和五角大楼的资金支持，目前已成功进行了数次失重条件下的试验。 　　据英国《新科学家》杂志网络版报道，由英国萨里大学萨里空间中心的科学家设计并研发，一个被称为“立方帆”的纳米级卫星具备着“自杀式袭击”的功能。它重约3公斤，大小约为30厘米×10厘米，借助太阳能的太阳帆作为动力推进系统，一旦帆上的摄像头侦察到太空垃圾，便依附在垃圾上，使其速度降低，最后进入大气层，与太空垃圾同归于尽。 　　　　——— 链接 ——— 　　太空中近年发生的交通事故 　　1991年12月底，俄罗斯一颗失效卫星“宇宙1934”撞上了本国另一个卫星“宇宙926”释放出来的大碎片，前者一分为二，后者零碎到无法跟踪。 　　1996年7月24日，一块美国“阿丽亚娜”火箭的残骸，以每秒14公里的相对速度撞断了法国一颗正在工作的电子侦察卫星的重力梯度稳定杆，后者翻滚失效。 　　2005年1月17日，在太空中飞行了31年的美国“雷神”火箭废弃物，和中国6年前发射的长征四号火箭残骸碰撞，长征四号火箭残骸的近地点轨道下降了14公里，美国的火箭废弃物一分为四。 　　2009年2月10日，美国和俄罗斯的两颗通信卫星在西伯利亚上空 790公里的区域发生太空相撞。这也是历史上首次在轨卫星相撞事故。(王冠) 　　来源：科技日报

账号		自动登录	找回密码
密码			立即注册