12億塊太空碎片環繞,地球還好嗎?

我們在太空中擁有近2000顆仍在工作的衛星,它們各司其職,研究地球的天氣,傳送電信數據,執行各種其他任務。

除此之外,還有3000顆已經失效的衛星,產生了一批批無人問津的“太空垃圾”。數據顯示,目前已有超過60萬塊大於1釐米的“太空垃圾”在地球軌道上游離,更小體積的碎片則數不勝數。

日前,歐洲空間局計劃於明年3月啟動首個從軌道上清除太空碎片的任務。

太空垃圾像圍城


12億塊太空碎片環繞,地球還好嗎?

太空垃圾是指宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體,廢棄的助推器、退役的衛星、飛船殘骸、航天器表面脫落物、陶瓷碎片、遺失的手套甚至是航天器洩漏的油漆、液滴,都可以算作是太空垃圾。

這些太空垃圾對航空行動的影響不可忽視,如今正成為“防不勝防”的太空殺手。

根據歐洲太空總署的估算,那些高度位於300-450公里近地軌道上的太空垃圾時速高達28800千米,位於36000公里地球靜止軌道上的垃圾時速也達到了10800千米。這就意味著,僅一塊直徑10釐米高速飛行的碎片就可以輕易摧毀飛行器。

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太空碎片問題被詬病已久。根據美國航天局約翰遜航天中心資料,目前,地球周圍有近12.5億塊太空碎片,大小自1毫米至數十釐米不等。

隨著建造和發射宇宙飛船的成本下降,而且即將實現一些重大飛躍。近三年以來,世界航天活動總體步入活躍期,空間飛行器的發射活動日益密集。

2018年,全球航天發射114次(其中中國39次),為近28年來發射次數最多的一年。全年共發射空間飛行器461個,成功459個,失敗2個。

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2018年各國發射空間飛行器類別統計 來源:新浪科技

太空垃圾不僅不會自生自滅,而且還會“繁衍生息”。科幻電影《地心引力》中就曾出現過這樣的場景:一枚人造衛星在遭受導彈襲擊後,形成了不斷擴大的太空碎片雲團。

事實上,太空垃圾在空中相互碰撞後,會產生更多的碎片,而新的碎片又會將這一擴散過程持續進行下去,這就是所謂的“凱斯勒現象”。

凱斯勒現象或碰撞級聯效應是由美國科學家唐納德·K·凱斯勒於1978年提出的一種理論假設。

該假設認為當在近地軌道運轉的物體的密度達到一定程度時,將讓這些物體在碰撞後產生的碎片能夠形成更多的新撞擊,形成級聯效應,意味著近地軌道將被危險的太空垃圾所覆蓋。由於失去能夠安全運行的軌道,在之後的數百年內太空探索和人造衛星的運用將變得無法實施。

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亟待清理


2009年2月10日,西伯利亞上空,執行電話中繼任務的美國“銥星-33”號通信衛星,在太空中偶遇退役多時的俄羅斯“宇宙-2251”號通信衛星。“銥星-33”與這枚已經成為“殭屍”的航天器相撞,立刻粉身碎骨,直接分解成大約2100塊碎片。

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2013年4月26日,厄瓜多爾首顆自主研製的衛星“飛馬座”在中國酒泉衛星發射中心發射升空。然而,這顆衛星升空不到一個月,不幸撞上前蘇聯遺留的太空垃圾,衛星失靈在太空狂轉。但是幸運的是,衛星沒有脫離原先軌道,在撞擊後“轉暈了,但還在那兒”。

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2013年4月26日,厄瓜多爾首顆自主研製的衛星在中國酒泉衛星發射中心發射升空

2014年4月3日美國航天局宣佈,為躲避一塊阿麗亞娜5型火箭的殘骸,國際空間站飛行控制人員當天調整了空間站的飛行軌道。

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9月18日,科學家曾預測出畢格羅航空航天公司的創世紀2號實驗基地和俄羅斯的宇宙1300號衛星相撞的概率為5.6%,不過兩艘大船最終安全地擦身而過,但這並不是因為採取了規避策略。而是因為這兩架航天飛機都已報廢,它們已經成為日益增多的軌道碎片的一份子。

太空垃圾清理不僅是一般技術難題,同時也是關乎國家空天安全的戰略問題。

20世紀60年代以前,沒人聽說過太空墜落物,但是自1973年以來,每年有數百塊太空垃圾墜落地球。但由於其在經過大氣層與空氣產生的急劇摩擦,使得這些垃圾大部分在未通過大氣層時就自我燃燒殆盡,在大氣層的保護下就自我毀滅了。

1997年,一名女子被一枚從天而降,長6英寸的金屬撞中肩部。這也是迄今為止唯一發生過的一起傷人事件。

太空垃圾清理技術


歐洲早在2011年就開始實施“激光移除太空垃圾碎片”項目。俄羅斯國家航空航天局正在研製一種威力強大的激光炮,能通過聚焦強激光束使太空垃圾直接汽化。日本研究人員也提出了在航天器上加裝光纖激光器方案,通過發射強大的激光脈衝,將太空垃圾打入地球大氣層中燒燬。

用來移除太空碎片的技術,很容易就能用來捕獲正常運行的衛星。未來這些技術一旦發展成熟,在成為太空垃圾“清道夫”的同時,也不可避免地會成為空天對抗的武器。

激光和微波殺傷衛星技術,無需碰撞就可使衛星失效,一勞永逸地解決碎片問題,但要把激光武器放在飛機或衛星上很難,功率大的激光武器重量也大,飛機和衛星無法承受,重量輕的激光武器功率小,達不到殺傷要求。

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除了激光技術之外,天基操控技術(捕獲、碰撞、撞擊等)也是未來實施太空垃圾清理的關鍵技術。

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此次,歐空局委託瑞士初創公司“清潔太空”(ClearSpace)提交方案,於2025年發射“清道夫”清理ESA位於軌道上一塊100公斤重的碎片。

人類開始探索太空已經有60多年的歷史,1957年第一次將人造衛星送上太空,至今已經往太空裡送了太多東西。太空垃圾的清理未來勢必會成為太空計劃中重要的一環,不然被撞毀的衛星可是用來輸送信號、追蹤天氣,個人行蹤等改變我們生活方式的。一旦太空中沒有它們存在的空間,人類生存方式極有可能迎來大倒退。

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只要人類這個物種還存在,就總會有一些成員作為旅行的先驅,將人類足跡與思維的邊疆拓展到更遠的地方。


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