太空垃圾治理正“想招儿”

　　新闻背景<p>　　</p><p>　　今年3月24日清晨，“国际空间站”的6名航天员进入俄罗斯联盟系列飞船，以躲避可能撞击空间站的一块太空垃圾。这块太空垃圾是2009年2月美俄卫星相撞形成的，距离空间站最近距离不到15千米。这已是“国际空间站”航天员第三次为躲避太空垃圾而进入联盟系列飞船，以便发生意外情况时紧急返回地球。</p><p>　　</p><p>　　<strong>碰撞碎块、火箭末级、遗落物品</strong></p><p>　　</p><p>　　太空垃圾五花八门</p><p>　　</p><p>　　随着航天技术的广泛应用，航天器的发射数量越来越多，太空垃圾也相应增多。据统计，目前约有3000多吨太空垃圾在绕地球飞奔，而且数量正以每年2%～5%的速度增加。其产生主要来自三个部分：</p><p>　　</p><p>　　第一部分来自已经退役的包括人造地球卫星等人造物体，以及人造物体之间、自然天体与人造物体之间碰撞产生的碎块等；第二部分来自运载火箭的末级；第三部分来自航天员在太空活动时产生且并被扔到太空中的垃圾以及在太空行走时不慎遗落在太空的物品（如螺母、工具）。</p><p>　　</p><p>　　根据太空垃圾尺寸的大小，国际上把太空垃圾分为3类：尺寸大于10厘米的为大碎片，现在大概有2万多块，可被监测到；尺寸介于1～10厘米之间的为小碎片,现在大概有11万块；尺寸介于1毫米～1厘米之间的为微小碎片,现在大概有37万块。而尺寸不大于1毫米的碎片现在大概有几千万块。</p><p>　　</p><p>　　低轨道上的太空垃圾在大气阻力的影响下会逐渐陨落，从而重返大气层烧毁。如果太空垃圾的轨道很高，就会存留很长时间。一般来说，距地300千米的太空飞行物寿命约为一年，600千米的将飞几十年，1000千米以上的将飞几百年，4000千米以上的将飞上千年，再高的碎片几乎会永远飞。</p><p>　　</p><p>　　<strong>10克重太空碎片撞击能量</strong></p><p>　　</p><p>　　不亚于一辆飞驶小汽车</p><p>　　</p><p>　　从空间分布来看，在中低轨道运行的航天器以及大碎片密度并不高，平均每立方千米不超过8～10个，但由于它们的速度极快, 而破坏力与速度的平方成正比，即一个仅10克重的太空碎片的太空撞击能量，不亚于一辆以每小时100千米速度行驶的小汽车所产生的撞击能量，所以它所造成的事件是一种“低概率、高风险”事件。</p><p>　　</p><p>　　太空垃圾的飞行速度约为7.8千米/秒。极小的太空垃圾由于数量多，所以可严重改变航天器的表面性能；稍大的太空垃圾会损坏航天器表面材料，造成撞击坑，损伤表面器件；大的太空垃圾与航天器碰撞时，可使航天器的姿态改变，甚至改变航天器的轨道；高速撞击的太空垃圾会使自身及被撞击的航天器表面材料气化为等离子体云，使航天器失效；当太空垃圾的能量足够大时，将穿透航天器表面，打坏置于航天器内部的控制系统或有效载荷，使航天器发生爆炸或打散整个结构。</p><p>　　</p><p>　　另外，当太空垃圾再入大气层时，如果没被烧毁，还会对地面的生命财产安全构成严重的威胁，尤其是以核能为动力的航天器陨落时后果特别严重。比如，在上世纪70～80年代，苏联核动力卫星就曾因失控坠毁在加拿大，从而产生巨大恐慌。</p><p>　　</p><p>　　<strong>推入更高轨道、人工控制坠毁</strong></p><p>　　</p><p>　　报废航天器引入指定“坟场”</p><p>　　</p><p>　　航天器寿终正寝或中途夭折后就成为太空垃圾，它有可能影响其它在轨正常运行的航天器，所以妥善处理废旧航天器很重要。</p><p>　　</p><p>　　当在高轨道运行的卫星出现故障或寿命到期时，一般是通过遥控卫星上的发动机进行变轨，使卫星飞到更高的无用轨道。但遥控卫星变轨的前提条件是卫星能够受控，并有多余的燃料。据悉，我国风云-2系列卫星装有离轨系统，它们在废弃后可以受控进入“太空坟场”。</p><p>　　</p><p>　　当在低轨道运行的小型航天器报废时一般不用管它们，因为受残余大气等影响，小型航天器会不断降低轨道，最终再入大气层被烧毁。</p><p>　　</p><p>　　当在低轨道运行的大型航天器报废时，最佳处理方式是通过地面遥控使它们坠毁在无人区，因为它们再入大气层时不易完全烧毁。世界最重的卫星——美国康普顿&gamma;射线望远镜（17吨）和上百吨的俄罗斯和平号空间站在寿命结束之后，都是通过人工控制坠毁到南太平洋一个被称之为“航天器坟场”的地方。</p><p>　　</p><p>　　对于在低轨道运行且失控的大型航天器，目前还没有成功的经验。现有几种方案：一是用类似航天飞机的大型天地往返运输器在轨回收，但成本太高，目前很少采用。二是用反卫星武器把大型航天器打碎，以便再入大气层时烧毁，但由于打碎以后如果没有再入大气层，就容易形成大量太空垃圾，所以此方案争议很大。三是通过精确跟踪来确定大型航天器的坠落区域，以便提前疏散相关人员。</p><p>　　</p><p>　　<strong>收集、烧毁及脱轨</strong></p><p>　　</p><p>　　治理太空垃圾在研究新方法</p><p>　　</p><p>　　今后，治理太空垃圾有可能采用收集、烧毁和脱轨等新方法。</p><p>　　</p><p>　　国外正在设计能收集太空垃圾的“太空清洁车”。它是一种特殊航天器，在其体外装有一个网状或机器触角状的特殊设备，从而可完成收集太空垃圾的重任。其船体由特殊的金属材料制成，所以本身不会因太空垃圾的撞击而无法履职。</p><p>　　</p><p>　　烧毁的方法是用大功率激光照射太空垃圾，使其粉碎成微粒后从轨道上迅速衰落。对于小的垃圾，用强激光可将其烧毁气化。但此法容易引起太空战争。</p><p>　　</p><p>　　脱轨是使太空垃圾脱离原来的运行轨道，或者直接下降进入大气层烧毁；或者转移到一条短寿命(25年以下)的轨道上去。除可用航天器自身的推进系统变轨外，还可启动航天器上用于增加大气阻力的装置，如大面积帆板或充气伞，从而降低航天器的速度，脱离运行轨道，最后再入大气层烧毁。这种方法适用于处理600～700千米以下轨道上的太空垃圾，比较简单，不要求控制姿态。当太空垃圾在1200千米以上时，大气阻力已不存在，这时可用太阳光压的方法使其脱离轨道。</p><p>　　</p><p>　　近日，瑞士联邦理工学院洛桑分校宣布实施清洁太空1号计划，即于2015～2016年间发射一颗小型人造卫星来收集轨道上的太空垃圾，然后将这些太空垃圾投入地球大气层烧毁。日本宇航探索局正在和一家拥有百年历史的制网企业进行合作，计划两年内织就一张巨大的“太空渔网”，用于“打捞”漂浮在地球轨道中的太空垃圾。</p><p>　　</p><p>　　美国新的“太空篱笆”项目预计于2015年投入首次运行，它能监测更小的太空垃圾。</p><p>　　</p><p>　　对付太空垃圾是一项多学科的综合性长期工作，需要各国都予以重视并开展广泛的国际合作，从而群策群力地来保护好人类共有的太空环境。</p><p>　　</p><p>　　<strong>延伸阅读 </strong></p><p>　　</p><p>　　“躲避”加“对抗”最实用</p><p>　　</p><p>　　那么，怎样对付已存在的太空垃圾呢？目前最实用的办法就是“躲”，其前提是要对太空垃圾进行精确的监测和轨道计算，为航天器提前预警。比如“国际空间站”有一套避撞程序，当这一程序监测到有太空飞行物接近空间站并有可能发生碰撞时，就会指示空间站启动发动机改变运行位置，躲避碰撞。如果“国际空间站”来不及调整轨道，那么为安全起见航天员就要躲进飞船。</p><p>　　</p><p>　　此外，航天器还可采用多种“抗”的防护方式。比如，调整易损组件的位置，采用屏蔽防护法加固外表。所有航天器都可采用屏蔽防护结构对付0.1～1厘米的碎片，但要对付1～10厘米的碎片需通过特殊设计来实现。这种方法的不足是会使航天器的制造和发射成本增加，所以航天器的“防弹衣”要采用既结实、又轻便的新型材料。近年，“国际空间站”航天员通过太空行走在站外的要害部位安装了数个铝制遮蔽罩。我国天宫一号目标飞行器舱体外也装有特殊的防护装置。进行太空行走的航天员主要靠航天服来防护，当然，最好不要在有碎片的区域出舱。 　（庞之浩）</p><p>　　</p><p>　　</p><br />