太空垃圾已包围地球的“幽灵” 彻底消除难度大

太空垃圾威胁航天器安全。王逸凡供图

　　2月11日，在距地球约800千米高度的太空轨道上，美国商用通信卫星“铱-33”与俄罗斯废弃的军用卫星“宇宙-2251”相撞，这是人类航天史上首次发生的在轨卫星相撞事件。两颗卫星相撞爆炸产生了大量的空间碎片。极有可能对其它在轨卫星造成危险。从而使早已存在的太空垃圾威胁航天器安全问题，再次成为人们关注的焦点。

　　太空垃圾地球造

　　自1957年10月前苏联发射第一颗人造卫星算起，全球共进行了5700多次发射，先后将数万吨人造物体送入太空，人类在享受利用太空所带来的种种便利的同时，也将地球的近地空间变成一个巨大的垃圾场，从废弃的运载火箭部件、卫星的碎片到宇航员遗失的工具等，应有尽有，其总重量估计已经超过了3000吨，而且目前正以每年2%~5%的速度增加。

　　太空垃圾最大来源是滞留在轨道上的火箭残骸，这类残骸占太空垃圾总数的99%以上。在把卫星送入轨道的过程中，运载火箭的箭体会分级脱离，第一、二级会在地球重力的作用下很快返回地面，而第三级在把航天器送入预定轨道后，则可能与分离时产生的诸如爆破螺栓、弹射弹簧等小物品一起长久地漂浮在太空。

　　火箭箭体的残骸形体较大，监测相对容易，因而可以防患于未然。但问题在于，它们自身也有可能在太空中相撞、爆裂或解体，生产出上百万的碎片“后代”，造成更大麻烦。因此，人类对它们的监测一刻也没有放松。据统计，从2001年6起，研究人员已经观测到500多次的相撞、爆裂事件。在历史上的太空相撞事件中，“犯罪记录”最突出的是“阿丽亚娜”火箭残骸。1986年，“阿丽亚娜”火箭进入轨道之后不久便发生爆炸，释放出564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片。后来这些残骸和小碎片在绕地球轨道飞行的过程中，先后导致两颗日本通信卫星和一颗法国卫星“命丧黄泉”。

　　废弃的航天器也是太空垃圾的重要来源之一。人类已将大约6000余颗航天器送入太空，而目前仍正常工作的只有800余颗。虽然大部分航天器会在大气阻力的作用下，坠入大气层而烧毁。然而，轨道较高的航天器在达到工作寿命后，便失去控制，在太空中漫无目的四处游荡，此次卫星相撞的主要原因就是由俄罗斯废弃长达10多年的卫星造成的。这些废弃的航天器还可能因相撞、结构老化、燃料箱破裂等原因而发生爆炸、解体，从而产生更多的碎片。航天器产生太空垃圾也可能是人为采取的行动造成的，例如美国和苏联在20世纪70、80年代进行了10多次太空武器实验，摧毁了数十颗靶星，产生了大量的太空垃圾。

　　此外，宇航员在太空工作时，也会抛弃或不小心丢失一些东西而产生太空垃圾。1965年，“双子星座4号”飞船的宇航员埃德·怀特进行太空行走时，就丢失了一只手套。目前，宇航员已被禁止在太空中抛弃固体物品。

　　高速运行威胁多

　　越来越多的太空垃圾混杂在近地空间轨道上，这些最高速度可达每秒近8千米飞行的物体，成为威胁航天器安全的最大杀手。为了研究方便，科学家一般把太空垃圾按直径分为3类：10厘米以上的、1到10厘米之间的以及0.1到1厘米之间的。在地球近轨道上直径大于10厘米及高空(离地球超过2000千米)轨道上直径大于1米的太空垃圾一般可以通过仪器监测到，可以采取一定的措施进行预防。直径介于1到10厘米之间的垃圾，仪器跟踪不到，它们完全像可能随时出现的“幽灵”，如果航天器碰巧与它相撞，结果将是“灾难性”的。而直径小于1厘米的太空垃圾则被归到“危险”等级，小一点可造成航天器表面坑坑洼洼、伤痕累累，严重的可造成内部敏感元件的感应放电，大一点可引起航天器的结构性损坏，损坏的程度与碰撞的位置、系统设计的特性以及所采用的保护措施等有一定的关系。据有关数据测算，目前太空轨道上每个航天器发生灾难性的碰撞事件的概率为3.7%，而发生非灾难性撞击事件的可能性高达20%。

　　为了研究太空垃圾的破坏性，美国宇航局曾发射并回收了一种名为“长期暴露器件”的卫星，见证了与高速(速度大于每秒3千米)运行的太空垃圾碰撞的惨烈场面，在这颗卫星仅151平方米的表面，覆盖着大大小小肉眼可见的3万多个凹坑，其中直径超过0.5毫米的达5000多个。

　　彻底消除难度大

　　由于存在大气阻力，太空垃圾大多都会在轨道上运行一段时间后返回地球，并在大气里燃烧。但大气密度随着高度增加而呈指数降低，在距地球1000千米以上，大气阻力就几乎无能为力了，太空垃圾可以在这里存在上百年，甚至上万年。

　　太空垃圾不能自然返回或自行销毁，怎样才能减少它们的威胁呢？在《欧洲太空垃圾安全和减缓标准》中提出两种方法：一种是改进航天器的系统设计；另一种是减少航天器发生碰撞的概率。

　　第一种方法听起来不错，可在实际操作上不太可行。从长远来看，这需要更好的太空监测和防护系统，然而随着轨道中的航天器增多，像“穿防弹衣”等防护措施必将使航天器重量增加，结构变得复杂，从而使其成本大大提高。

　　第二种方法或许比较好。比如根据监测系统对太空垃圾的跟踪，可以通过航天器的机动来规避与太空垃圾的碰撞的概率。1999年10月，为了避开一块太空垃圾的碰撞，美国宇航局地面飞行控制人员设法将正在组建中的国际空间站轨道提升了约1.6千米。

　　然而，消除太空垃圾的根治之法是清扫已经存在的太空垃圾。目前，已有多个国家正在研究清扫技术。如英国萨里卫星技术公司曾宣称，研制一种微型卫星，重量仅为60多公斤，星上携带微型GPS导航系统、计算机、推进装置、角度控制装置等。其工作原理是，利用地面的监测系统对太空垃圾进行连续跟踪，卫星靠近太空垃圾后，利用星载摄像机向其靠近，最终利用机械臂把太空垃圾“抓住”，当达到一定数量时放慢速度，与太空垃圾一同坠入地球大气层烧毁。

　　减少太空垃圾的产生是另一种有效的预防措施。目前各国在研制新一代运载火箭与航天器时，也开始考虑到了这一问题。如对已完成任务的火箭，采取未燃尽推进剂或将高压气体排空，避免末级火箭爆炸，或通过剩余的燃料采取转移轨道措施，使其返回大气层烧毁；对已达到预定寿命的卫星，让其获得逃逸速度，转移远离近地空间或对人类航天活动无影响的“无用轨道”等。

　　恩格斯曾经说过：“我们不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。”人类经过数千年的努力才实现了进入太空的梦想，却又要被自己所制造的太空垃圾所包围，如果我们不重视太空垃圾问题，对太空的利用将永远成为人类一个遥不可及的梦想。(柴晓东　王华胜　周新红） (来源：解放军报)