美俄卫星太空相撞解析(图)

近地轨道航天器与太空垃圾示意图

　　仰望夜空时，人们大多会赞叹月朗星稀的美景，却绝少想到在我们头顶上那片墨蓝的近地空间中竟然危机四伏。事实上，多年来，世界各国的航天专家已经不止一次发出警告，在近地轨道日渐拥挤的情况下，难免会发生航天器相互碰撞、产生大量危险的太空垃圾的事件。

　　这一担心如今成为现实——北京时间2月11日0时55分59秒，美国铱星公司的“铱33”卫星和俄罗斯业已报废的“宇宙2251”军用通信卫星在西伯利亚上空约790公里高的近地轨道上相撞，撞击产生的大量碎片散落到太空中。

　　相撞概率在一亿分之一以下

　　率先披露这一“破天荒头一遭”事件的美国航空航天局科学家表示，“这两颗卫星今天实在是不走运。”

　　铱星公司在一份声明中说，这是一次“极小概率事件”，该公司已经采取措施减少卫星业务因此受到影响的风险。在今后30天内，铱星公司将发出指令，启用一颗在轨备份卫星替代损失卫星，使由66颗近地轨道卫星组成的铱星系统恢复完整。俄罗斯航天署新闻中心随后也向媒体证实，确有一颗美国商用通信卫星与俄罗斯一颗已报废卫星相撞，“从目前情况看，撞击所产生的碎片不会对国际空间站的安全构成威胁”。

　　军事科技专家、国防大学副教授李大光在接受本报记者采访时表示，这是人类自1957年发射人造地球卫星进入外层空间以来的52年间，首次出现这样的大型航天器相撞事件，其发生概率在一亿分之一以下。他介绍说，此次事件的两个主角，一个是铱星公司的商用通信卫星“铱33”，重约560公斤，长度近4米（不包括太阳能电池翼板），1997年9月14日发射升空，碰撞前轨道高度约780公里，倾角86度，位于铱星网络的第三轨道平面，相撞后铱星星群向全球提供的语音和数据通信服务有可能会受到一定影响；另一个则是俄罗斯军用通信卫星“宇宙2251”，重约900公斤，1993年6月16日发射升空，但14年前就已经停止工作了。“宇宙2251”属于中高轨道卫星，本来与铱星的低轨道并不重叠，但其失效后运行轨道逐渐降低，最终插入铱星轨道，并导致罕见的相撞事件。相撞时轨道高度约790公里，倾角74度。

　　太空垃圾威胁程度日益升高

　　美俄卫星太空相撞后，世人最为关心的就是，产生的太空垃圾对在轨航天器的威胁到底有多大。

　　此次撞击事件发生在西伯利亚上空约790公里处，属近地轨道范围。而高度距地面2000公里以下的近圆形轨道一般都可称作近地轨道，世界各国的大多数航天器都运行在这一轨道范围内，对世界经济、科技、社会发展具有重要作用的气象卫星、通信卫星、对地观测卫星和空间站等更是密集集中于此。分管太空监视系统的美国战略司令部发言人查理·德雷声称：“我们正在跟踪相撞后产生的至少500个碎片，这些碎片使其他卫星面临更多的危险。”

　　美国航空航天局专家尼古拉斯·约翰逊认为，由于国际空间站的轨道高约350公里，受到碰撞事件产生碎片的撞击威胁并不大，目前在上面工作与生活的3名宇航员应该不会遇到大麻烦。俄罗斯航天兵第一副司令亚库申2月12日也指出，俄罗斯航天兵太空控制系统目前正密切跟踪俄美卫星相撞后产生的碎片，这些碎片可能分布在高度从500公里到1300公里的近地空间。换句话说，国际空间站当可高枕无忧。

　　50多年来人类对外层空间的开发，已经使得近地轨道成为一个高科技垃圾场，各国航天机构在我们头顶上这片空间丢弃了各种各样的太空垃圾，小到注油枪，大到失效卫星，甚至还有一个高尔夫球——它是宇航员在做实验时一记侧击抛入太空的。有报道称，美国的航天飞机每执行一次任务，都会被从老旧卫星或宇宙飞船上掉落的细小部件或失效航天器爆炸后的碎片击中上千次，只不过这类太空垃圾都非常小，大多数甚至比报纸上的正文字号还要小，航天飞机、宇宙飞船和空间站很少会因此受损。

　　军事科技专家李大光对本报记者说，随着人类航天活动的日益频繁，太空垃圾也日益增多。目前，地面上能探测到的1000公里以内、尺寸在10厘米以上的太空垃圾约有1．8万多个，10厘米以下的这类垃圾更有10万颗之多。大多数太空垃圾最终会落向地表，在大气层中燃烧殆尽，并不会带来什么危害。但是，一些大型的太空垃圾却会在轨道上游荡多年，甚至一两个世纪。这类大型太空垃圾据悉多达2000个以上。而大多数卫星不像航天飞机、宇宙飞船和空间站那样具有变轨机动能力，受发射重量限制只能带少量的燃料供调整姿态使用，遇到飞行速度是子弹出膛速度7倍以上的太空垃圾切入其轨道，很难躲避得开，地面控制人员只能寄希望于自己的卫星运气好了。

　　避撞防撞并非完美解决之道

　　当世界进入仰赖空间信息技术的全球化时代后，太空垃圾的威胁并非仅仅局限于外层空间，许多太空碰撞事件都会对人类的生产、生活产生直接的影响。这是因为，太空垃圾与卫星等航天器之间的相对速度很大，一般为每秒几千米至几万米，两者即便轻微碰撞，一块仅有阿司匹林药片大小的太空垃圾也能将人造卫星撞“残废”，相应的通信、导航、气象预报等服务都会中断，给地面上人类的活动造成困难。

　　有鉴于此，现代航天器普遍都采取了避撞防撞措施，如加厚航天器的外壳，减小航天器的体积，缩短在轨飞行时间，增加变轨机动能力，等等。一些航天大国还组建了完备的地面测控跟踪系统，用光学望远镜观测高轨道，用雷达探测低轨道，对大型太空垃圾进行监测和预警。

　　同时，为了尽可能避免产生太空垃圾，科技人员在设计航天器时就预先想到它万一出现故障或寿终正寝后该如何处置。比较常见的方法是，一旦发现卫星不能正常工作，地面控制人员就会下达指令启动星上发动机，将失效卫星抬升到比近地轨道高近千公里的所谓“坟场轨道”上去，以免对正常轨道上的卫星构成威胁。2006年，俄罗斯的“快车”—AM11号通信卫星被太空垃圾击中失效后，就被地面控制站送进了“太空坟场”。除了对失效卫星实施高轨道“冰冻”之外，还可以对其进行“火葬”，即：使位于低轨的废弃航天器快速转移到更低的轨道上，最终一头扎入稠密大气层，与大气摩擦燃烧殆尽。欧洲航天局首艘自动货运飞船（ATV）“儒勒·凡尔纳”号去年9月底就是以这种方式结束自己6个多月的太空之旅的，并在太平洋无人区上空的大气层中销毁。

　　军事科技专家李大光说，采取这些防治太空垃圾的措施，无疑会增加航天器的制造、发射、运营、维护成本，其寿命与效能也会受限，进而直接影响人类对外层空间的利用与开发力度。相对被动地避撞防撞而言，更好的办法是空间修理与清理。以服役近20年的哈勃太空望远镜为例，美国宇航员搭乘航天飞机升空，多次对其实施“太空手术”，校准了哈勃太空望远镜的焦距，并为其增添了新的科研设备，延展了它的功能与使用寿命。而且，可以充分发挥航天飞机运载力大、机动性高的优点，除了让它担任“太空外科医生”外，还可以担任“太空清道夫”，收集并带回太空垃圾。

　　李大光认为：“此次美俄卫星相撞事件，或许会促使美国航天部门重新考虑到2010年使航天飞机全部退役的计划，除非届时美国能推出比航天飞机更好的空间载具。”事实上，美国已经展开了新航天载具的研制工作。据报道，2007年，美国军方耗资3亿美元进行了一次名为“轨道快车计划”的试验，使用一组两艘新型无人飞船对一颗在轨卫星进行了“太空加油”，并检验了航天器空间集合和自动修理等技术。