太空垃圾，被太空垃圾包圍的地球

太空垃圾概述

太空垃圾又稱空間碎片或軌道碎片,是宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體,包括運載火箭和航天器在發射過程中產生的碎片與報廢的衛星,航天器表面材料的脫落,表面塗層老化掉下來的油漆斑塊;航天器逸漏出的固體、液體材料;火箭和航天器爆炸、碰撞過程中產生的碎片。

自前蘇聯發射人類第一顆人造衛星斯普特尼克1號以來,全世界各國一共執行了超過4000次的發射任務,產生了大量的太空垃圾。雖然其中的大部分都通過落入大氣層燃燒殆盡,但是截止2012年還有超過4500噸的太空垃圾殘留在軌道上。美國於1958年發射的尖兵1號人造衛星報廢后至今仍在其軌道上運行,是軌道上現存歷史最長的太空垃圾。

據觀測,目前繞著地球飛行的大於1厘米的碎片超過67萬塊,其中1.6萬塊大於10厘米。這些太空垃圾碎片以7公里/秒的速度移動,成為強大炮彈。即使是幾毫米的碎片,也可能會穿透國際空間站的外殼。

太空垃圾產生原因

太空垃圾的產生方式一共有以下三種:

一是有意或無意爆炸產生的航天器殘骸。有意的爆炸,極大多數來自前蘇聯和美國太空戰的「預習」。其中前蘇聯就曾進行了19次衛星攔截、爆炸試驗,給太空帶來了500～1000塊大小不等的碎塊垃圾。無意的爆炸,如1973年間,美國有7枚火箭在軌道上爆炸。1986年,歐洲發射的「阿麗亞娜」火箭剛進入軌道就發生爆炸,其碎塊中大於10厘米的就有564塊,還有2300多塊小於10厘米的。

二是宇航員漫不經心的過失。如1982年,宇航員瓦倫丁·列勃捷夫在進行例行的太空行走時,他剛剛打開「禮炮7號」空間站的減壓艙門,由於近乎真空的太空所具有的巨大吸力,把宇航員們不慎留在減壓艙內的一些螺栓、墊圈和一支鉛筆,都吸入太空,成為了太空垃圾。更令人遺憾的是,前蘇聯的一些宇航員還把在太空生活中產生的生活垃圾丟入太空。人們還發現,有一隻被一名美國宇航員丟失的手套,竟在空中飄浮遊盪了20多年。

三是衛星和火箭的殘骸。一些失去效用的衛星,仍在軌道上飛行。雖然它們最終會因飛行速度減小,重返大氣層而與大氣層摩擦燒毀,但恐怕要在幾十年到幾百年以後。在近地空間里,還飄浮著許多火箭的殘餘部分,如火箭被丟棄的金屬外殼、運載火箭的末級殘體、散落下來的發動機和各種銜接部件等。

太空垃圾的危害

太空垃圾一般在高300-450公里的近地軌道上以每秒7-8公里,而在36000公里高度的地球靜止軌道上則以每秒3公里的速度高速運動,根據軌道傾角碰撞時的相對速度甚至可以達到每秒10公里以上,因此具有巨大的破壞力。因此太空垃圾若與運作中的人造衛星、載人飛船或國際空間站相撞,會危及到設備甚至宇航員的生命,據計算一塊直徑為10厘米的太空垃圾就可以將航天器完全摧毀,數毫米大小的太空垃圾就有可能使它們無法繼續工作。而太空垃圾也因此成為了國際問題。

自上世紀20世紀50年代超級大國進軍宇宙以來,人類已經發射了四千多次航天運載火箭。據不完全統計,太空中現有直徑大於10cm的太空垃圾九千多個,大於1.2cf的有10萬個以上,而漆片和固體推進劑塵粒等微小顆粒個能數以百萬計。

這些太空垃圾飛行速度極快(6-7km/秒),他們隱藏著巨大的殺傷力:一塊10克重的太空垃圾撞上衛星,相當於兩輛100km/時的小汽車相互碰撞,衛星會在1.5秒內被打穿或直接擊毀!但一撞上,那就是毀滅性的。最讓科學家頭疼的是「雪崩效應」——每一次太空垃圾的相互碰撞不會互相湮滅,而會產生更多的碎片,這就是新的「大問題」。

如何清掃太空垃圾

太空垃圾的危害確實是讓人頭痛的,怎樣清掃這些太空垃圾就成為了人類至關重要的難題。

保持清潔

航天專家們已經開始研究限制空間垃圾的產生,以及消除空間垃圾的辦法。如:將停止工作的衛星推進到其他軌道上去,以免同正常工作的衛星發生碰撞;用太空梭把損壞的衛星帶回到地球,以減少空間的大件垃圾。有一些科學家提出,使用激光武器,將太空垃圾在太空中直接焚燒掉。

探測控制

大一些的太空碎片可以用監測導彈和間諜衛星的系統來進行監測。美國和前蘇聯的太空檢測網路已經登記了1萬個太空物體。每天大約有50個雷達、光學或光電感應器要對天空進行大約15萬次觀察,但是這一監測系統卻不能探測到小於10厘米的物體。直到1984年,科學家才採取取樣調查的方法,對這些小物體進行了分析。而德國和美國的科學雷達可以探測到2毫米大小的物體。

儘管發射衛星的數量有所減少,監測技術也有所提高,但消除太空垃圾仍然是一個十分困難艱巨的課題。NASA、國防部和能源部正在研究一項計劃,在地面上用激光來去除太空中的小型垃圾。科學家提出如果人類不能積極地控制衛星的數量和消除太空垃圾,那麼人類在天空中也會像在地球上一樣缺少空間。

移動雷達

在日本本州島岡山縣一台遠程控制雷達從4月6日起開始工作,該雷達主要作用是跟蹤太空垃圾的移動。這是世界上第一台專門用來跟蹤太空垃圾移動的雷達,在其他一些國家都是藉助于軍用雷達來記錄或確定太空垃圾。

新型雷達能測定直徑為1米高度達600千米物體的位置,並能同時跟蹤近十個物體。

新型雷達由幾家私人公司在日本文部科學省資助下耗資20億日元(約1800萬美元)建成,該雷達將由位於日本大阪附近茨城的航天中心進行遠距離控制。

撒網清掃

清除空間碎片僅僅依靠降低衛星發射的數量遠遠不夠,為了維持可持續的太空環境,NASA對每一個大於10厘米的碎片進行著仔細監測。目前世界各國啟動了多項舉措,尋找長期的解決之道。

2012年,瑞士洛桑聯邦理工學院宣布,計劃設計並推出「清潔太空一號」(Clean Space One)衛星,其任務是清理以每小時28000公里的速度繞地球運轉的數千塊被拋棄的火箭和衛星部件,把在軌道中捕捉的碎片扔向地球大氣層燃燒殆盡。

總部設在瑞士洛桑北部小鎮佩耶納的瑞士太空系統公司,計劃於2018年以新開發的方法發射「清潔太空一號」衛星。該衛星的第一個目標定為瑞士在2009年發射的首顆商用衛星「瑞士立方體」(Swiss Cube)。

據物理學家組織網近日報道,這個項目已經到了奠定里程碑的時候。「清潔太空一號」將部署一個張開的錐形網,一旦閉合即抓獲到小衛星。這個錐形網如同日本在上世紀80年代發布的遊戲「吃豆人」一樣,可以捕捉類似「瑞士立方體」的廢棄衛星,然後在大氣中摧毀它。這是一個消除繞地球運行的危險碎片的解決方案之一。

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