太空垃圾大扫除

滞留轨道，日夜奔跑，难以计数的太空垃圾与宇航员爱德华· 怀特的手套拥有相同的命运。它们时刻等待着重返大气层的归期。

在近地卫星轨道上有一只在此飞行了43 年的手套，它原本属于美国太空行走第一人——“双子星座4 号”飞船的宇航员爱德华· 怀特（Edward White）中校。如果不是1965 年6 月3 日那天中校不小心将其遗失在太空中，此刻这只手套应该躺在美国国家航空航天博物馆里。这只极具纪念意义却未能成为收藏品的手套，就像人类其他的航天副产品一样，执行完自己的任务，却为其后数代的太空科学家们带来了不小的困扰。

“垃圾”意味着报废了的、没有用的、会污染环境的东西。而与地球垃圾的最大不同，“太空垃圾”不但很难被清除，而且具有强大的攻击性。

从爱德华· 怀特手中脱离、进入近地轨道的那个瞬间，这只手套便开始在强大地球磁场的作用下绕地旋转，奔跑、呼啸，时速达到2.8 万千米。这么快的速度，如果迎面与人类航天器相撞，很容易就能穿透其外壳，打坏内部的控制系统或有效载荷，甚至引起爆炸……

有杀伤力的当然远不止这只手套，从望远镜中观察，距离地球600 至2000 千米高空中，环绕着一条由数千万太空垃圾组成的危险地带，它们占据了人类航天器工作的轨道。

科学家们用“轨道碎片”代表“太空垃圾”。总的来说，轨道碎片主要由三部分组成。一是已经退役的包括卫星、探测器等在内空间飞行器，以及空间物体之间的碰撞产生的碎块等；二是运载火箭的高级段，火箭的第1 级和第2 级在距离地球不高的地方分离，一般都能进入大气层而焚毁，第3 级以上的高级段，包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物，长期逗留在太空，成为太空垃圾；三是航天员遗落在太空的物品。轨道碎片是空间环境的主要污染源。

因偶然因素爆裂而改变轨道的物体与其他物体相撞，撞击出更多碎片，碎片彼此又碰撞，又产生出更多的小碎片。如此往复，除非落入大气层被磨擦热烧毁，否则，在没有大气摩擦的1000 千米以上高空，这些垃圾即使“粉身碎骨”也仍会绕地旋转几百年，甚至上千年。低于700 千米的报废卫星，在太空滞留的时间也至少超过5 年。

无数碎片像霰弹一样射向正在服役的航天器，防不胜防，几毫米大小就能损坏航天器外壳；直径1 厘米的碎片碰撞卫星时释放的能量相当于一颗手榴弹爆炸；几厘米、十几厘米就可以改变航天器的运行轨道了。在这些碎片的作用下，著名的“哈勃”望远镜已经伤痕累累，外表遍布凹坑和划痕，还有数百个深洞，这些伤痕中，说不定有爱德华这只手套的“功劳”。

为使新的航天器上天时避开太空垃圾，使正在服役的航天器免于被袭击，美国、俄罗斯、欧洲、中国、日本等空间监视网时刻监视它们的行踪。例如美国的太空监视网络由分布在全球25 个陆基雷达站点组成，包括夏威夷的毛伊岛、佛罗里达的艾格林、格陵兰的图勒等，每个站点都拥有各种高性能的雷达和传感器，如地基电光深太空监视器就由同摄像机连接在一起的3 套深太空望远镜组成。摄像机每天通过望远镜拍摄深太空的景象，然后输入高能计算机进行处理，通过景象对比等手段，监视太空中的一举一动。这套监视网络的功能十分强大，能够发现在3 万千米高空飞行的直径只有10 厘米的物体。如果有物体可能进入到美国载人航天器几千米的范围之内，监视网络就向载人航天器发出报警，以便进行碰撞规避机动。在1986 至1997 年期间，美国的航天飞机进行了4 次这种规避机动。

监测、躲避毕竟不是办法，随着报废卫星数量的逐渐增多，轨道碎片数量以每年2% 的速度递增。太空适合航天器安全工作的空间越来越有限，这么下去，到2300 年，任何东西都别想进入太空轨道了。

人类总是聪明的，他们开始为航天器罩上保护屏。欧洲空间局委托德国不伦瑞克技术大学开发了一种叫“马斯特”的模拟程序，用统计学的分析给出了碎片可能碰撞的速度、大小和方向。当不可避免的轨道碎片与防护屏发生碰撞时，防护屏被击碎，同时太空垃圾也被撞碎变成粉末，从而减弱对航天器的威胁。

俄罗斯国家航空系统科研所更进一步，把航天器防护屏幕做成了网状，并在防护屏外涂了一层特殊材料。当碎片与其发生碰撞时，碰撞产生的能量能与太空垃圾发生爆炸式的化学反应，促进碎片变成粉末。

各国还在研究航天器新技术，如对于完成任务的火箭箭体采取转移轨道的措施，使其返回大气层烧毁，掉进“太平洋”；对完成使命的卫星，让其获得逃逸速度，远离近地空间或转移到对人类航天活动没有影响的“坟场轨道”。

这些方法毕竟治标不治本，最彻底的办法是将太空垃圾全部回收。但所有回收方案都利弊兼有，仍在设想之中。

美国宇航局科学家尼古拉斯· 约翰逊（Nicholas Johnson）提了这样一个方案：放一个直径1 千米的聚氨酯球到地球近轨道，太空垃圾被它拦截就会改变轨道、失去能量，然后迅速回落地球。聚氨酯（Non-Expanding Recreational Foam）在现实生活中常被用来制作高尔夫球、网球或棒球球具，柔软又安全。这个方案能处理大量碎片，效率很高，但实施技术却是难题。因为一旦大球升空，人类就会知道，在太空控制它有多么困难，一旦轻飘飘的大球脱离轨道，说不定会酿成新的灾祸。

还有科学家想用激光干扰太空垃圾的运行轨道，把碎片拉到更低的高度，进而回落到地球上。但激光发射成本昂贵，发射一次解决一片“垃圾”，太不划算。

国外正设计专门清理各种“太空垃圾”的“太空清洁车”，它是一种特殊飞船，在飞船外装有一个网状或机器触角状的特殊设备，从而完成拾取空间碎片的重任。这种飞船船体由特殊的金属材料制成，它本身将不会因空间碎片撞击而无法履职。

美国一公司最近开发出一种能让报废卫星快速脱离近地轨道的新方法——“终结绳索”。它是一条长度为5 千米的细导线，被绕成线圈置于卫星内部。当卫星达到指定位置后，“终结绳索”会自动打开。在电离层和地球磁场的共同作用下，这条5 千米的导线上可产生出持续的电流。如此，地球磁场会对其产生一种向下的拉力，进而牵动卫星逐渐下落，直到卫星重返大气层烧毁。据专家们测算，通过这种方法可非常简便和廉价地加快卫星从轨道上脱离的速度。比如，一颗距地面950 千米的卫星，如果采用自由下落的方式，大约需要100 年的时间才会坠入大气层，而采用“终结绳索”后，这一过程将会在18 天内完成。这种方法目前已成功进行了数次失重条件下的试验。不过，美国航天部门还未决定何时将它投入使用。

这些方案仍处在研发阶段，一方面是因为相关技术尚未成熟；另一方面是因为“太空垃圾”问题像能源、环境等问题一样，是公共问题的一种，任何一个国家都知道问题的严重性，但究竟该谁承担回收这一责任？爱德华的手套还日夜在我们头顶盘旋，数千万垃圾还在一刻不停的奔跑，何时回归？还需要各太空大国讨论方能决定。

Tips：

谁在包围地球：

注：每个点代表一个直径大于4英寸（约10厘米）的人造物体。

●蓝色- 空间飞行器：

漫步在地球轨道上有超过3100个空间飞行器，但其中三分之二以上都不再使用了。

●橙色－各种轨道碎片：

空间物体间的碰撞、火箭高级段以及航天遗落物⋯⋯一些碎片的尺寸大到足以通过技术手段进行跟踪，这样的碎片有近7000 个。

●红色- 新碎片不断产生：

近年，包括中国在内的一些国家进行了老卫星的摧毁试验，这样的试验有可能一次性产生数百个新碎片。

激增的碎片:

1985 年9 月， 美国的一次反卫星试验摧毁了在555 千米轨道上运行的空军太阳风（Solwind）P78 － 1 科学卫星，造成285 个新碎片。

1986 年11 月，一枚欧洲的阿丽亚娜火箭分解成近500块碎片。

1996 年6 月，一枚废弃的美国火箭爆炸。

2008 年2 月21 日，美国用反卫星导弹打下了一颗报废的卫星。

数百个残骸的诞生过程：

当一次爆炸、碰撞或一次指向某颗卫星的导弹打击发生之后，它可能造成众多碎片，并在持续相当长的时期内带来连锁反应。

5 分钟后：

在远离地面800 千米的轨道上，大量碎片以2.88 万千米的时速高速飞行。

1 小时后：

一些碎片向距离地面更远的轨道扩散，其中的大多数将在这个位置滞留数十年。

1 天后：

碎片已经在原轨道高度上散布得到处都是。

一个月后：

随着时间的推移，因为持续不断的相互碰撞，这些碎片将在继续扩散的同时，越变越多。

清理太空垃圾的五种方案

今后该由谁来回收太空垃圾？这样的问题还没有提上议事日程，部分原因是还没有一套切实可行的清理办法。如果我们能找到一种既高效、节能，成本又不太高的方法，那么相信太空垃圾的增长趋势将被遏制。以下的5 种方式都处在方案阶段，离实施还很遥远。怎么说？抛砖引玉呗。

巨型聚氨酯球

聚氨酯球平常被用来制作高尔夫球、网球或棒球球具，柔软安全。如果在近地轨道上垃圾最密集的地区放置一个直径1 千米的聚氨酯球，它能够拦截这一位置的碎片，并且失去速度，最后落回地球。

终结绳索

终结绳索是一种让报废卫星或火箭高级段快速脱离近地轨道的方法。它是一条置于卫星内部，长度为5 千米的导线。当它打开后，通过产生持续的电流，使卫星（或火箭高级段）在地球磁场的拉力下逐渐下落。

太空清洁车

太空清洁车是一种特殊的飞船，船体由特殊的金属材料制成，能够抗击各种碎片的撞击。在飞船外装有一个网状或机器触角状的特殊设备，能够自动地完成拾取空间碎片和报废卫星的重任。

航天飞机回收

即将退役的航天飞机仍然能派上用场。包括美国、俄罗斯、欧洲、中国和日本在内的国家和地区，目前时刻监视着各种碎片的行踪。今后可以派出航天飞机，加装自动臂，在轨道上收集这些垃圾，特别是报废卫星。

激光扫帚

地面控制人员能探测直径10 厘米以上的太空物体，及早发出警报让太空站闪避。激光扫帚则针对直径在1 ～ 10 厘米的“中型垃圾”。它利用激光脉冲锁定太空垃圾，减慢其速度，然后把它扫出太空站的轨道范围。

推荐访问:大扫除 太空 垃圾