2月11日,在距地球約800千米高度的太空軌道上,美國商用通信衛(wèi)星“銥-33”與俄羅斯廢棄的軍用衛(wèi)星“宇宙-2251”相撞,這是人類航天史上首次發(fā)生的在軌衛(wèi)星相撞事件。兩顆衛(wèi)星相撞爆炸產(chǎn)生了大量的空間碎片。極有可能對其它在軌衛(wèi)星造成危險。從而使早已存在的太空垃圾威脅航天器安全問題,再次成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
太空垃圾地球造
自1957年10月前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星算起,全球共進(jìn)行了5700多次發(fā)射,先后將數(shù)萬噸人造物體送入太空,人類在享受利用太空所帶來的種種便利的同時,也將地球的近地空間變成一個巨大的垃圾場,從廢棄的運(yùn)載火箭部件、衛(wèi)星的碎片到宇航員遺失的工具等,應(yīng)有盡有,其總重量估計已經(jīng)超過了3000噸,而且目前正以每年2%~5%的速度增加。
太空垃圾最大來源是滯留在軌道上的火箭殘骸,這類殘骸占太空垃圾總數(shù)的99%以上。在把衛(wèi)星送入軌道的過程中,運(yùn)載火箭的箭體會分級脫離,第一、二級會在地球重力的作用下很快返回地面,而第三級在把航天器送入預(yù)定軌道后,則可能與分離時產(chǎn)生的諸如爆破螺栓、彈射彈簧等小物品一起長久地漂浮在太空。
火箭箭體的殘骸形體較大,監(jiān)測相對容易,因而可以防患于未然。但問題在于,它們自身也有可能在太空中相撞、爆裂或解體,生產(chǎn)出上百萬的碎片“后代”,造成更大麻煩。因此,人類對它們的監(jiān)測一刻也沒有放松。據(jù)統(tǒng)計,從2001年6起,研究人員已經(jīng)觀測到500多次的相撞、爆裂事件。在歷史上的太空相撞事件中,“犯罪記錄”最突出的是“阿麗亞娜”火箭殘骸。1986年,“阿麗亞娜”火箭進(jìn)入軌道之后不久便發(fā)生爆炸,釋放出564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片。后來這些殘骸和小碎片在繞地球軌道飛行的過程中,先后導(dǎo)致兩顆日本通信衛(wèi)星和一顆法國衛(wèi)星“命喪黃泉”。
廢棄的航天器也是太空垃圾的重要來源之一。人類已將大約6000余顆航天器送入太空,而目前仍正常工作的只有800余顆。雖然大部分航天器會在大氣阻力的作用下,墜入大氣層而燒毀。然而,軌道較高的航天器在達(dá)到工作壽命后,便失去控制,在太空中漫無目的四處游蕩,此次衛(wèi)星相撞的主要原因就是由俄羅斯廢棄長達(dá)10多年的衛(wèi)星造成的。這些廢棄的航天器還可能因相撞、結(jié)構(gòu)老化、燃料箱破裂等原因而發(fā)生爆炸、解體,從而產(chǎn)生更多的碎片。航天器產(chǎn)生太空垃圾也可能是人為采取的行動造成的,例如美國和蘇聯(lián)在20世紀(jì)70、80年代進(jìn)行了10多次太空武器實驗,摧毀了數(shù)十顆靶星,產(chǎn)生了大量的太空垃圾。
此外,宇航員在太空工作時,也會拋棄或不小心丟失一些東西而產(chǎn)生太空垃圾。1965年,“雙子星座4號”飛船的宇航員埃德·懷特進(jìn)行太空行走時,就丟失了一只手套。目前,宇航員已被禁止在太空中拋棄固體物品。
高速運(yùn)行威脅多
越來越多的太空垃圾混雜在近地空間軌道上,這些最高速度可達(dá)每秒近8千米飛行的物體,成為威脅航天器安全的最大殺手。為了研究方便,科學(xué)家一般把太空垃圾按直徑分為3類:10厘米以上的、1到10厘米之間的以及0.1到1厘米之間的。在地球近軌道上直徑大于10厘米及高空(離地球超過2000千米)軌道上直徑大于1米的太空垃圾一般可以通過儀器監(jiān)測到,可以采取一定的措施進(jìn)行預(yù)防。直徑介于1到10厘米之間的垃圾,儀器跟蹤不到,它們完全像可能隨時出現(xiàn)的“幽靈”,如果航天器碰巧與它相撞,結(jié)果將是“災(zāi)難性”的。而直徑小于1厘米的太空垃圾則被歸到“危險”等級,小一點(diǎn)可造成航天器表面坑坑洼洼、傷痕累累,嚴(yán)重的可造成內(nèi)部敏感元件的感應(yīng)放電,大一點(diǎn)可引起航天器的結(jié)構(gòu)性損壞,損壞的程度與碰撞的位置、系統(tǒng)設(shè)計的特性以及所采用的保護(hù)措施等有一定的關(guān)系。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)測算,目前太空軌道上每個航天器發(fā)生災(zāi)難性的碰撞事件的概率為3.7%,而發(fā)生非災(zāi)難性撞擊事件的可能性高達(dá)20%。
為了研究太空垃圾的破壞性,美國宇航局曾發(fā)射并回收了一種名為“長期暴露器件”的衛(wèi)星,見證了與高速(速度大于每秒3千米)運(yùn)行的太空垃圾碰撞的慘烈場面,在這顆衛(wèi)星僅151平方米的表面,覆蓋著大大小小肉眼可見的3萬多個凹坑,其中直徑超過0.5毫米的達(dá)5000多個。
徹底消除難度大
由于存在大氣阻力,太空垃圾大多都會在軌道上運(yùn)行一段時間后返回地球,并在大氣里燃燒。但大氣密度隨著高度增加而呈指數(shù)降低,在距地球1000千米以上,大氣阻力就幾乎無能為力了,太空垃圾可以在這里存在上百年,甚至上萬年。
太空垃圾不能自然返回或自行銷毀,怎樣才能減少它們的威脅呢?在《歐洲太空垃圾安全和減緩標(biāo)準(zhǔn)》中提出兩種方法:一種是改進(jìn)航天器的系統(tǒng)設(shè)計;另一種是減少航天器發(fā)生碰撞的概率。
第一種方法聽起來不錯,可在實際操作上不太可行。從長遠(yuǎn)來看,這需要更好的太空監(jiān)測和防護(hù)系統(tǒng),然而隨著軌道中的航天器增多,像“穿防彈衣”等防護(hù)措施必將使航天器重量增加,結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,從而使其成本大大提高。
第二種方法或許比較好。比如根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)對太空垃圾的跟蹤,可以通過航天器的機(jī)動來規(guī)避與太空垃圾的碰撞的概率。1999年10月,為了避開一塊太空垃圾的碰撞,美國宇航局地面飛行控制人員設(shè)法將正在組建中的國際空間站軌道提升了約1.6千米。
然而,消除太空垃圾的根治之法是清掃已經(jīng)存在的太空垃圾。目前,已有多個國家正在研究清掃技術(shù)。如英國薩里衛(wèi)星技術(shù)公司曾宣稱,研制一種微型衛(wèi)星,重量僅為60多公斤,星上攜帶微型GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、計算機(jī)、推進(jìn)裝置、角度控制裝置等。其工作原理是,利用地面的監(jiān)測系統(tǒng)對太空垃圾進(jìn)行連續(xù)跟蹤,衛(wèi)星靠近太空垃圾后,利用星載攝像機(jī)向其靠近,最終利用機(jī)械臂把太空垃圾“抓住”,當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時放慢速度,與太空垃圾一同墜入地球大氣層燒毀。
減少太空垃圾的產(chǎn)生是另一種有效的預(yù)防措施。目前各國在研制新一代運(yùn)載火箭與航天器時,也開始考慮到了這一問題。如對已完成任務(wù)的火箭,采取未燃盡推進(jìn)劑或?qū)⒏邏簹怏w排空,避免末級火箭爆炸,或通過剩余的燃料采取轉(zhuǎn)移軌道措施,使其返回大氣層燒毀;對已達(dá)到預(yù)定壽命的衛(wèi)星,讓其獲得逃逸速度,轉(zhuǎn)移遠(yuǎn)離近地空間或?qū)θ祟惡教旎顒訜o影響的“無用軌道”等。
恩格斯曾經(jīng)說過:“我們不要過分陶醉于我們?nèi)祟悓ψ匀唤绲膭倮τ诿恳淮芜@樣的勝利,自然界都對我們進(jìn)行報復(fù)!比祟惤(jīng)過數(shù)千年的努力才實現(xiàn)了進(jìn)入太空的夢想,卻又要被自己所制造的太空垃圾所包圍,如果我們不重視太空垃圾問題,對太空的利用將永遠(yuǎn)成為人類一個遙不可及的夢想。 (柴曉東 王華勝 周新紅)
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