12亿块太空碎片环绕,地球还好吗?

作者:IWang  来源:财经早餐(Femorning)

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“永远记住,要仰望星空,而不是注视脚下。感受你所看到的,探求宇宙存在之谜。永保好奇之心。”

                                                                                         ——斯蒂芬·霍金

我们在太空中拥有近2000颗仍在工作的卫星,它们各司其职,研究地球的天气,传送电信数据,执行各种其他任务。

除此之外,还有3000颗已经失效的卫星,产生了一批批无人问津的“太空垃圾”。数据显示,目前已有超过60万块大于1厘米的“太空垃圾”在地球轨道上游离,更小体积的碎片则数不胜数。

日前,欧洲空间局计划于明年3月启动首个从轨道上清除太空碎片的任务。

太空垃圾像围城

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太空垃圾是指宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体,废弃的助推器、退役的卫星、飞船残骸、航天器表面脱落物、陶瓷碎片、遗失的手套甚至是航天器泄漏的油漆、液滴,都可以算作是太空垃圾。

这些太空垃圾对航空行动的影响不可忽视,如今正成为“防不胜防”的太空杀手。

根据欧洲太空总署的估算,那些高度位于300-450公里近地轨道上的太空垃圾时速高达28800千米,位于36000公里地球静止轨道上的垃圾时速也达到了10800千米。这就意味着,仅一块直径10厘米高速飞行的碎片就可以轻易摧毁飞行器。

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太空碎片问题被诟病已久。根据美国航天局约翰逊航天中心资料,目前,地球周围有近12.5亿块太空碎片,大小自1毫米至数十厘米不等。

随着建造和发射宇宙飞船的成本下降,而且即将实现一些重大飞跃。近三年以来,世界航天活动总体步入活跃期,空间飞行器的发射活动日益密集。

2018年,全球航天发射114次(其中中国39次),为近28年来发射次数最多的一年。全年共发射空间飞行器461个,成功459个,失败2个。

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2018年各国发射空间飞行器类别统计  来源:新浪科技

太空垃圾不仅不会自生自灭,而且还会“繁衍生息”。科幻电影《地心引力》中就曾出现过这样的场景:一枚人造卫星在遭受导弹袭击后,形成了不断扩大的太空碎片云团。

事实上,太空垃圾在空中相互碰撞后,会产生更多的碎片,而新的碎片又会将这一扩散过程持续进行下去,这就是所谓的“凯斯勒现象”。

凯斯勒现象或碰撞级联效应是由美国科学家唐纳德·K·凯斯勒于1978年提出的一种理论假设。

该假设认为当在近地轨道运转的物体的密度达到一定程度时,将让这些物体在碰撞后产生的碎片能够形成更多的新撞击,形成级联效应,意味着近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖。由于失去能够安全运行的轨道,在之后的数百年内太空探索和人造卫星的运用将变得无法实施。

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来源:罗斯加德工作室

亟待清理

2009年2月10日,西伯利亚上空,执行电话中继任务的美国“铱星-33”号通信卫星,在太空中偶遇退役多时的俄罗斯“宇宙-2251”号通信卫星。“铱星-33”与这枚已经成为“僵尸”的航天器相撞,立刻粉身碎骨,直接分解成大约2100块碎片。

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2013年4月26日,厄瓜多尔首颗自主研制的卫星“飞马座”在中国酒泉卫星发射中心发射升空。然而,这颗卫星升空不到一个月,不幸撞上前苏联遗留的太空垃圾,卫星失灵在太空狂转。但是幸运的是,卫星没有脱离原先轨道,在撞击后“转晕了,但还在那儿”。

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2013年4月26日,厄瓜多尔首颗自主研制的卫星在中国酒泉卫星发射中心发射升空

2014年4月3日美国航天局宣布,为躲避一块阿丽亚娜5型火箭的残骸,国际空间站飞行控制人员当天调整了空间站的飞行轨道。

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来源:罗斯加德工作室

9月18日,科学家曾预测出毕格罗航空航天公司的创世纪2号实验基地和俄罗斯的宇宙1300号卫星相撞的概率为5.6%,不过两艘大船最终安全地擦身而过,但这并不是因为采取了规避策略。而是因为这两架航天飞机都已报废,它们已经成为日益增多的轨道碎片的一份子。

太空垃圾清理不仅是一般技术难题,同时也是关乎国家空天安全的战略问题。

20世纪60年代以前,没人听说过太空坠落物,但是自1973年以来,每年有数百块太空垃圾坠落地球。但由于其在经过大气层与空气产生的急剧摩擦,使得这些垃圾大部分在未通过大气层时就自我燃烧殆尽,在大气层的保护下就自我毁灭了。

1997年,一名女子被一枚从天而降,长6英寸的金属撞中肩部。这也是迄今为止唯一发生过的一起伤人事件。

太空垃圾清理技术

欧洲早在2011年就开始实施“激光移除太空垃圾碎片”项目。俄罗斯国家航空航天局正在研制一种威力强大的激光炮,能通过聚焦强激光束使太空垃圾直接汽化。日本研究人员也提出了在航天器上加装光纤激光器方案,通过发射强大的激光脉冲,将太空垃圾打入地球大气层中烧毁。

用来移除太空碎片的技术,很容易就能用来捕获正常运行的卫星。未来这些技术一旦发展成熟,在成为太空垃圾“清道夫”的同时,也不可避免地会成为空天对抗的武器。

激光和微波杀伤卫星技术,无需碰撞就可使卫星失效,一劳永逸地解决碎片问题,但要把激光武器放在飞机或卫星上很难,功率大的激光武器重量也大,飞机和卫星无法承受,重量轻的激光武器功率小,达不到杀伤要求。

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除了激光技术之外,天基操控技术(捕获、碰撞、撞击等)也是未来实施太空垃圾清理的关键技术。

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此次,欧空局委托瑞士初创公司“清洁太空”(ClearSpace)提交方案,于2025年发射“清道夫”清理ESA位于轨道上一块100公斤重的碎片。

人类开始探索太空已经有60多年的历史,1957年第一次将人造卫星送上太空,至今已经往太空里送了太多东西。太空垃圾的清理未来势必会成为太空计划中重要的一环,不然被撞毁的卫星可是用来输送信号、追踪天气,个人行踪等改变我们生活方式的。一旦太空中没有它们存在的空间,人类生存方式极有可能迎来大倒退。

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只要人类这个物种还存在,就总会有一些成员作为旅行的先驱,将人类足迹与思维的边疆拓展到更远的地方。

2019-12-17
军事

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