地球已被太空垃圾包裹
時間：2023-01-05 09:24 來源：今日頭條 責(zé)任編輯：毛青青
原標(biāo)題：地球已被太空垃圾包裹
不久前，一大塊俄羅斯太空垃圾靠近國際空間站，導(dǎo)致國際空間站不得不進(jìn)行機動規(guī)避，這也導(dǎo)致了宇航員原本預(yù)定的太空行走計劃被迫中斷。而這種事件并非個例。2022年12月15日，俄羅斯“聯(lián)盟MS-22”號飛船發(fā)生泄漏事件，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該飛船存在一個0.8毫米的洞，可能是由微隕石或小塊太空垃圾造成的。
近地軌道空間雖然廣闊，但除了衛(wèi)星以及飛行器外，其實早已遍布大大小小的太空垃圾，擁擠不堪。隨著人類航天發(fā)射活動密集進(jìn)行，有可能會對航天任務(wù)造成損害的太空垃圾治理問題再次引發(fā)廣泛關(guān)注。
微小的太空垃圾碎片數(shù)量可能上億
如果能夠給地球拍個全景圖片，并將地球空間軌道上目前能夠被監(jiān)測到的空間碎片以及失效衛(wèi)星等太空垃圾全部標(biāo)記出來，我們將會看到一幅非常震撼的畫面：地球已經(jīng)被密密麻麻的太空垃圾包裹。
國際宇航聯(lián)空間運輸委員會副主席楊宇光告訴科技日報記者，事實上，除了少數(shù)因達(dá)到使用壽命或因為故障而失效的衛(wèi)星等航天器外，大多數(shù)太空垃圾，尤其是數(shù)量巨大但體積微小的碎片垃圾，主要是由失效航天器解體或太空垃圾之間碰撞造成的。“失效航天器、大碎片解體或碰撞后會形成大量小碎片，小碎片之間還可能會繼續(xù)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生數(shù)量更多、體積更小的碎片。”楊宇光說，于是在一次次解體或碰撞中，大量太空垃圾被制造出來。
除了體積和數(shù)量之間存在相關(guān)關(guān)系，太空垃圾在軌道分布上也有一定規(guī)律。楊宇光表示，軌道高度在500—1000公里的區(qū)域是太空垃圾的“重災(zāi)區(qū)”，“首先這個范圍內(nèi)過去存在著大量衛(wèi)星，互相之間發(fā)生碰撞的可能性較大。其次是這一范圍內(nèi)大氣十分稀薄，物體繞地球旋轉(zhuǎn)的速度下降緩慢，因此在短時間內(nèi)很難脫離原軌道，墜入大氣。”而在軌道高度300—400公里區(qū)域，雖然也曾發(fā)射有大量衛(wèi)星，但該區(qū)域內(nèi)大氣密度較高，太空垃圾會在相對較短的時間內(nèi)受大氣阻力影響降低高度，最后落入大氣中燒毀。
將太空垃圾登記在冊進(jìn)行追蹤管理
雖然太空垃圾已經(jīng)將地球團(tuán)團(tuán)圍住，但楊宇光告訴記者，目前國際上已經(jīng)能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)具有較大威脅的太空垃圾進(jìn)行追蹤編目，監(jiān)測其運行軌跡，從而在航天活動中對其進(jìn)行合理規(guī)避。
楊宇光介紹道，目前追蹤監(jiān)測太空垃圾的手段主要有兩種，分別為雷達(dá)觀測和光電觀測。雷達(dá)觀測的原理是地面向天上發(fā)射無線電波，空間軌道中無論是正常工作的衛(wèi)星還是太空垃圾，都會將無線電波反射回地面。地面雷達(dá)站接收到空間物體反射回的無線電波后，對其進(jìn)行分析處理，便可實現(xiàn)對太空垃圾的發(fā)現(xiàn)、編目，以及對其位置、速度等運行信息的監(jiān)測。
成本問題制約太空垃圾治理
看得見，但不一定“摸”得著。雖然人類已經(jīng)可以對部分太空垃圾進(jìn)行有效的編目管理，但對于如何批量處理這些太空垃圾，目前仍然缺乏直接高效的辦法。楊宇光表示，直接捕獲太空垃圾進(jìn)行收集處理，當(dāng)然是人們能夠想到的最簡單且直接的辦法，但卻也是成本 的辦法之一。“太空垃圾都處在不同軌道上，如果要靠近它們就需要不斷變軌，變軌就需要消耗推進(jìn)劑，成本太高。因此這種辦法無法用于批量處理太空垃圾。”
楊宇光給出了他認(rèn)為未來處理太空垃圾可能行之有效的辦法，首先要區(qū)分太空垃圾所處的軌道高低和體積大小，有針對性地采取不同手段。由于空間物體繞地球運行的軌道高度與其環(huán)繞速度有關(guān)，當(dāng)其速度降低后，其所能維持的軌道高度便會降低，因此軌道高度特別低的太空垃圾無須進(jìn)行過多干預(yù)，其受到外層大氣阻力后會逐漸降低速度，最后自主墜入大氣，燃燒殆盡。
而對處于低軌道上部且體積較小的太空垃圾來說，楊宇光認(rèn)為可以將攜帶半導(dǎo)體激光器的衛(wèi)星發(fā)射到太空中，對體積較小的太空垃圾進(jìn)行照射，高能量激光會將垃圾部分氣化，蒸氣的反作用力會減小其運行速度，從而縮短墜落時間。“假如這顆衛(wèi)星可以繞地球旋轉(zhuǎn)相當(dāng)長的時間，那么只要它與太空垃圾擦肩而過，就可以對其進(jìn)行照射。雖然一次照射的作用可能微乎其微，但若能反復(fù)多次照射，將會產(chǎn)生顯著作用。”楊宇光補充道，并且半導(dǎo)體激光不依賴化學(xué)燃料，只需要靠衛(wèi)星的太陽能電池板提供電力便可長久發(fā)揮作用。而對于體積較大的太空垃圾，由于其本身數(shù)量較少，因此派出航天器對其進(jìn)行捕捉清除或許是可行的方案之一。
但捕獲之后如何處理？楊宇光認(rèn)為，將其直接“扔”回大氣層內(nèi)并不可取，“那同樣需要消耗大量能量，也是不劃算的。”他指出，可以在捕獲后給其加裝離軌帆，幫助其快速脫離軌道，墜入大氣層。離軌帆是一種配置在衛(wèi)星等航天器上，可在太空中實現(xiàn)自主展開的薄膜結(jié)構(gòu)。其質(zhì)量非常輕，但薄膜帆面展開后像一個“大風(fēng)箏”，可以大大增加航天器的氣動阻力，從而使其慢慢減速，逐漸脫離原軌道。楊宇光表示，雖然目前有多種清理太空垃圾的手段方法被提出，但都面臨成本較高的問題，這一方面需要世界各國繼續(xù)在技術(shù)上進(jìn)行探索，另一方面各國也應(yīng)攜手建立更加合理有效的外層空間管理機制，合力應(yīng)對太空垃圾問題。
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