在《机♀器人总动员》中,瓦力和伊娃乘坐飞船冲出地球时,必须钻出一层厚厚的太空垃圾。这样▅的景象距离我们不太遥远。 8月24日,国际空间站俄罗斯舱段“星辰”号服务舱于莫斯科时间当日18时推动了国际空间站变轨,避免〖了国际空间站与太空垃圾的碰撞。 无独有偶,本月初,一个具有抓取功能的航天器︻正打算靠近垃圾,将其扔到大气层中烧毁时,原本作『为目标的太空垃圾被另一块太空垃圾击中。垃圾“杀死”了垃圾,有些黑色幽默。
据统计,在地球运行轨道上大约有一亿块微碎片,这些太空垃圾相当于一亿∮颗蓄势待发的隐形子弹。
当太空垃圾存到了一定数量时,将▲锁死人们探索太空的可能。太空垃圾从何而来ぷ◥?危害々有多大?如何清理?
太空垃圾从何而来?
自1957年10月第一颗人造卫星进入天空开始,人造的太空垃圾已经同步产生。
有公开报道称,仍有超过4500吨重的垃圾留在绕地轨道上。其中最有名的是已报废的美国先锋1号卫星,该卫星于1958年发射,现已成为在太空中停》留时间最长的垃圾。
理论上,卫星达到使用寿命后,会通过变轨通过大气燃烧来自毁。不过仍存在卫星失控及高轨道卫星因动能较大,难以如◢期减速坠毁的情况。
其间,还有一些意料之外的情况。比如,美国在20世纪60年代,执行过西福特计划,将4亿3000万根微小的铜针,散布在轨道上,作为天线,从而帮助提高与驻外海军的通↑讯能力。
当时,美国相关当局公开表示,这些全长1.78厘米、直径约20微米的铜针会在3年内陆续离开轨ζ道。事实上,仍有相当数量的铜针残留在轨道上。
宇航员储藏作业时,不小心遗失的物品,也一直在太空中游荡,其中有扳♂手、钳子、整套工具包,也有手套、牙刷,还有至少两部摄影机,他们大概率一直漂浮在太空中。
20世纪60至70年代,美苏在星球大战时,双方的反卫星武器☆实验也制造了大量的太空垃圾。
1985年,美国国会意识到了反卫星试验的潜在风险,准备颁布』禁令。听到风声的美军,抓紧重启了反卫星武器实验,特地赶在禁令前击毁了一颗在近地轨道上的退役太阳观测卫星。据称,最后一↙块碎片,直至2004年才坠入大气层烧毁。
令人遗憾的是,类似的事件仍有发生。俄罗斯在2021年11月也用一枚导弹,摧毁∑了一颗废弃军事侦察卫星。这产生了上千颗可追踪的碎片,并可能会产生数十万块较小的碎片。
首次有「记载的卫星发生相撞发生在1991年。退役的俄罗斯导航卫星Cosmos 1934被其姊妹卫星 Cosmos 926的一块碎片撞成两半——这属▓于碰撞事件中的“安静”版本了。更激烈的一次发㊣ 生在2009年,美国通信卫星铱星33(Iridium 33)与退役的俄罗斯卫星Cosmos 2251相撞,一年之内识别出来的碎片数就多达1740——这是人造卫星间首次超高速碰撞,碰撞速度达●到11.7千米/秒。
不易发现的高速冷枪
太空垃圾☉的运动速度极快,一个小小的碎片都恰如一颗颗冷不丁射出◆的子弹,威胁着太空中设备安全和宇航员的生命。
太空垃圾一般在高度300-450公里的近地轨道上以每秒7-8公里高速运动,在36000公里高度的地球静止轨道上以每秒3公※里的速度运动。 根据轨道倾角碰撞时的相对速度可以达到每秒10公里以上,因此具有巨大的破坏力。 据计算,一块直径为∩10厘米的太空垃圾就可以▓将航天器完全摧毁,数毫米大小的太空垃圾就有可能使它卐们无法继续工作。 更可怕的是大量尺寸极小、难以被观测到的太空垃圾碎片。有资料称,已经被记录在案的直径大于10cm的太空垃圾有27000个;预估1—10cm之间的垃圾数Ψ 量约为50万个;1mm—1cm超过1亿。10cm是一个♂分界值,大于此的太空垃圾,做汇合和碰撞评估才是有效的。 无法被追踪的“小垃圾”有更大的潜◆在风险。六十年代,科学家★们发明了“轻气枪”(Light-Gas Gun)——一种模拟轨道速度的装置。当一个重量只有7克,由聚碳酸酯制成的抛射物,以7公里/秒与铝块相撞时,立即“炸”出一个比自身尺寸宽五倍、深五倍的坑。
太空垃圾不仅是躲在角落里开冷枪的潜在杀手,更有可能阻碍地球人飞往太空的ζ 计划。
1978年,美国NASA科学家唐纳々德·凯斯勒(Donald Kessler)提出,太空中垃圾太多,相互间会发生碰撞【,形成更多的碎片,这些碎片之间再次碰撞,引发一系列的次级碰撞,如同原子裂变反应,产生指数级增长的碎○片。于是碎片撞击的概率越来越大,时间越来越短,如此恶性循环,直至将所有航天器损毁。
太空垃圾如何处理?
综合来看,人类对付天空垃圾主要靠三招。
俗话说,惹不起躲得起。2015年,国家航天局空间碎片监测与应用中心就在紫金山天文台挂牌成立,依托全国多地的观测站以及目前已具备的数据◣库,对近20000块在太空中散落的※空间碎片进行跟踪。借助雷■达和望远镜来观测,预判遭遇轨迹,提前采取措施应对碰撞。 此外,美国全球空间监视网(SSN)、俄罗斯空间监视系统(SSS)、日本美星太空护卫中①心(BSGC)等都在实时监测太空中的垃圾。 根本办法在于从源头减量,想办法让航天器离轨并重返大气层销毁。 具体办法有两种,其一是指在航天器生№命末期,利用自带的动力装置,降低飞行速度脱离♂轨道,逐渐坠入大气层。其二是借助薄膜帆、充气球等外部力量降低飞行轨道。 除⌒ 了被动等待,也可主动出击。
对此颇有争议,保守派︾人士认为,如果为了清理垃圾而发卫星,结果可能造成更多额外的垃圾。
对于发射卫星有可能造成的太空垃圾问题,中国已经制定了相关规定。2021年5月7日,国防科工局≡发布《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》,其中第七、八条々明确规定微小卫星应具备一定避碰轨控能力,应具备必要能力以利于实施离轨。
目前卫星设计强制具备主动离轨功能。张』又声介绍,在卫星寿命◤末期,通过离轨装置主要包括离轨帆、推进系统等进行主动降轨,到达一定高度后经过一段时间可完成陨落烧毁。