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太空垃圾漫天飞舞,科学家提出三种清理方法

移动版    时间:2018-10-07 08:07

撰文/钱航中国科学院国家空间科学中心博士

现中国运载火箭技术研究院总体设计部型号设计师


当地时间9月19日,英国萨里大学太空中心公布视频显示,其主导的“清理碎片”卫星成功完成撒网像大海捕鱼一样捕捉太空垃圾测试。该卫星今年4月升空,将完成四项清理太空垃圾测试。




卫星“失控”或成为太空垃圾

距今为止,世界各国迄今累计发射了超过数千颗卫星。一颗卫星如果在“寿终正寝”后仍沿轨道飞行,就存在和新卫星相撞的危险,属于太空垃圾。如果发生这样的事件,将会造成外太空灾难,好莱坞大片《地心引力》曾经描绘过太空垃圾可能造成的最糟糕情形。

因此,国际条约规定,轨道高度在2000千米以下的卫星须在结束使命25年内落地销毁。卫星结束使命前会收到让其降低高度的命令,最终坠向地球。当然,因故障失控而只好等着自然坠落的卫星也不占少数。


从上世纪70年代到80年代,每年约有200枚火箭和卫星坠落,最近每年也有50枚左右。其中大部分在大气层燃为灰烬,每年只有数枚卫星的零部件落到地面。



一般来说,卫星零部件残骸砸中人的概率是数千分之一,砸中某个特定人员的概率是几十万亿分之一,远远低于在交通事故的概率。卫星有一项标准,即在坠向地球时砸中地面人员的概率要降至万分之一以下。


卫星一边绕地飞行,一边在稀薄边缘大气层摩擦作用下逐步降低轨道高度。当卫星在扎进高度130千米附近的高密度大气层后,由于空气阻力增加,高度骤降,就会在摩擦作用下开始自燃。由于大气的状态受太阳活动等因素影响瞬息万变,因此很难预测卫星的高度何时开始骤降。如果是通信中断且失控的卫星,还存在难以掌握正确高度的问题。


目前有5种可行的控制卫星坠地威胁的方法


一、把退役卫星转移至不妨碍其他航天器运行的轨道

二、将退役卫星引导坠入指定海域

三、体积较小的卫星可以任其自由坠落,在大气层中完全烧毁

四、当卫星坠至距地球很近的太空轨道时,用反卫星武器将其炸成碎片。这种方法通常只对涉密卫星使用,因为如果实施得不好,卫星碎片向上飞,产生更多的太空垃圾;

五、使用航天飞机等大型载人航天器捕捉退役航天器,带回地面。但由于美国航天飞机退役,目前这种方法已经无法实施。





除了失控卫星,太空垃圾还能从哪来?

当然太空垃圾不止失效卫星一种,它的来源非常广泛,还有报废的火箭助推器;甚至航天员作业时留下的航天服、工具铲、老虎钳、相机、牙刷;航天器表面材料的脱落,表面涂层老化掉下来的油漆斑块;航天器漏出的固体、液体,以及航天器碰撞过程中产生的碎片,等等。


太空垃圾艺术概念图

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。

绝大多数太空垃圾来自苏联和美国太空战的“预习”。其中苏联就曾进行了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。


二是航天员漫不经心的过失。

如1982年,航天员瓦伦丁·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,把航天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,苏联的一些航天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,有一只被一名美国航天员丢失的手套,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。




清理太空垃圾,科学家有什么计划?

随着人类进入太空越来越频繁,太空上开始出现越来越多的垃圾,如何清理已经成为新难题。各国科学家都提出了相应的研究计划。

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