太空垃圾,被太空垃圾包围的地球

文章作者:外星探索网 | 2015-07-21
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太空垃圾概述

太空垃圾又称空间碎片或轨道碎片,是宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体,包括运载火箭和航天器在发射过程中产生的碎片与报废的卫星,航天器表面材料的脱落,表面涂层老化掉下来的油漆斑块;航天器逸漏出的固体、液体材料;火箭和航天器爆炸、碰撞过程中产生的碎片。
        自前苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来,全世界各国一共执行了超过4000次的发射任务,产生了大量的太空垃圾。虽然其中的大部分都通过落入大气层燃烧殆尽,但是截止2012年还有超过4500吨的太空垃圾残留在轨道上。美国于1958年发射的尖兵1号人造卫星报废后至今仍在其轨道上运行,是轨道上现存历史最长的太空垃圾。
包围地球的太空垃圾
        据观测,目前绕着地球飞行的大于1厘米的碎片超过67万块,其中1.6万块大于10厘米。这些太空垃圾碎片以7公里/秒的速度移动,成为强大炮弹。即使是几毫米的碎片,也可能会穿透国际空间站的外壳。

 

太空垃圾产生原因

太空垃圾的产生方式一共有以下三种:
        一是有意或无意爆炸产生的航天器残骸。有意的爆炸,极大多数来自前苏联和美国太空战的“预习”。其中前苏联就曾进行了19次卫星拦截、爆炸试验,给太空带来了500~1000块大小不等的碎块垃圾。无意的爆炸,如1973年间,美国有7枚火箭在轨道上爆炸。1986年,欧洲发射的“阿丽亚娜”火箭刚进入轨道就发生爆炸,其碎块中大于10厘米的就有564块,还有2300多块小于10厘米的。
        二是宇航员漫不经心的过失。如1982年,宇航员瓦伦丁·列勃捷夫在进行例行的太空行走时,他刚刚打开“礼炮7号”空间站的减压舱门,由于近乎真空的太空所具有的巨大吸力,把宇航员们不慎留在减压舱内的一些螺栓、垫圈和一支铅笔,都吸入太空,成为了太空垃圾。更令人遗憾的是,前苏联的一些宇航员还把在太空生活中产生的生活垃圾丢入太空。人们还发现,有一只被一名美国宇航员丢失的手套,竟在空中飘浮游荡了20多年。
        三是卫星和火箭的残骸。一些失去效用的卫星,仍在轨道上飞行。虽然它们最终会因飞行速度减小,重返大气层而与大气层摩擦烧毁,但恐怕要在几十年到几百年以后。在近地空间里,还飘浮着许多火箭的残余部分,如火箭被丢弃的金属外壳、运载火箭的末级残体、散落下来的发动机和各种衔接部件等。

遗忘的太空垃圾

太空垃圾的危害

太空垃圾一般在高300-450公里的近地轨道上以每秒7-8公里,而在36000公里高度的地球静止轨道上则以每秒3公里的速度高速运动,根据轨道倾角碰撞时的相对速度甚至可以达到每秒10公里以上,因此具有巨大的破坏力。因此太空垃圾若与运作中的人造卫星、载人飞船或国际空间站相撞,会危及到设备甚至宇航员的生命,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们无法继续工作。而太空垃圾也因此成为了国际问题。
        自上世纪20世纪50年代超级大国进军宇宙以来,人类已经发射了四千多次航天运载火箭。据不完全统计,太空中现有直径大于10cm的太空垃圾九千多个,大于1.2cf的有10万个以上,而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒个能数以百万计。
        这些太空垃圾飞行速度极快(6-7km/秒),他们隐藏着巨大的杀伤力:一块10克重的太空垃圾撞上卫星,相当于两辆100km/时的小汽车相互碰撞,卫星会在1.5秒内被打穿或直接击毁!但一撞上,那就是毁灭性的。最让科学家头疼的是“雪崩效应”——每一次太空垃圾的相互碰撞不会互相湮灭,而会产生更多的碎片,这就是新的“大问题”。

 

如何清扫太空垃圾

太空垃圾的危害确实是让人头痛的,怎样清扫这些太空垃圾就成为了人类至关重要的难题。

保持清洁

航天专家们已经开始研究限制空间垃圾的产生,以及消除空间垃圾的办法。如:将停止工作的卫星推进到其他轨道上去,以免同正常工作的卫星发生碰撞;用航天飞机把损坏的卫星带回到地球,以减少空间的大件垃圾。有一些科学家提出,使用激光武器,将太空垃圾在太空中直接焚烧掉。

探测控制

大一些的太空碎片可以用监测导弹和间谍卫星的系统来进行监测。美国和前苏联的太空检测网络已经登记了1万个太空物体。每天大约有50个雷达、光学或光电感应器要对天空进行大约15万次观察,但是这一监测系统却不能探测到小于10厘米的物体。直到1984年,科学家才采取取样调查的方法,对这些小物体进行了分析。而德国和美国的科学雷达可以探测到2毫米大小的物体。
        尽管发射卫星的数量有所减少,监测技术也有所提高,但消除太空垃圾仍然是一个十分困难艰巨的课题。NASA、国防部和能源部正在研究一项计划,在地面上用激光来去除太空中的小型垃圾。科学家提出如果人类不能积极地控制卫星的数量和消除太空垃圾,那么人类在天空中也会像在地球上一样缺少空间。

移动雷达

在日本本州岛冈山县一台远程控制雷达从4月6日起开始工作,该雷达主要作用是跟踪太空垃圾的移动。这是世界上第一台专门用来跟踪太空垃圾移动的雷达,在其他一些国家都是借助于军用雷达来记录或确定太空垃圾。
        新型雷达能测定直径为1米高度达600千米物体的位置,并能同时跟踪近十个物体。
        新型雷达由几家私人公司在日本文部科学省资助下耗资20亿日元(约1800万美元)建成,该雷达将由位于日本大阪附近茨城的航天中心进行远距离控制。

撒网清扫

撒网清扫

清除空间碎片仅仅依靠降低卫星发射的数量远远不够,为了维持可持续的太空环境,NASA对每一个大于10厘米的碎片进行着仔细监测。目前世界各国启动了多项举措,寻找长期的解决之道。
        2012年,瑞士洛桑联邦理工学院宣布,计划设计并推出“清洁太空一号”(Clean Space One)卫星,其任务是清理以每小时28000公里的速度绕地球运转的数千块被抛弃的火箭和卫星部件,把在轨道中捕捉的碎片扔向地球大气层燃烧殆尽。
        总部设在瑞士洛桑北部小镇佩耶纳的瑞士太空系统公司,计划于2018年以新开发的方法发射“清洁太空一号”卫星。该卫星的第一个目标定为瑞士在2009年发射的首颗商用卫星“瑞士立方体”(Swiss Cube)。
        据物理学家组织网近日报道,这个项目已经到了奠定里程碑的时候。“清洁太空一号”将部署一个张开的锥形网,一旦闭合即抓获到小卫星。这个锥形网如同日本在上世纪80年代发布的游戏“吃豆人”一样,可以捕捉类似“瑞士立方体”的废弃卫星,然后在大气中摧毁它。这是一个消除绕地球运行的危险碎片的解决方案之一。
 

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