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| 【環(huán)境】太空垃圾頻繁“肇事”引發(fā)全球公眾關(guān)注 |
| （時(shí)間:2011/10/18 10:21:54） |
天上不會(huì)掉餡餅，但可能會(huì)掉下衛(wèi)星碎片，還有可能會(huì)砸中你。最近，關(guān)于失控航天器襲擊地球的兩則新聞再次引發(fā)了公眾對(duì)于太空垃圾的關(guān)注。
北京時(shí)間9月24日中午12時(shí)，美國(guó)已經(jīng)報(bào)廢的“高層大氣研究衛(wèi)星”（UARS）失控返回地球，上演了“衛(wèi)星撞地球”的驚險(xiǎn)一幕。失控報(bào)廢衛(wèi)星的未燒毀碎片24日返回大氣層，墜落在在南半球的廣袤海洋。隨后，美國(guó)宇航局確認(rèn)這些碎片共有26塊。
一波未平一波又起，德國(guó)一座重約3噸的太空望遠(yuǎn)鏡失去控制，正高速?zèng)_向地球。德國(guó)宇航中心稱，“落到地球上的碎片可能包括鋒利的零件。”
英國(guó)南安普頓大學(xué)空間碎片專家休·劉易斯日前介紹說(shuō)，近兩年中可能出現(xiàn)報(bào)廢衛(wèi)星“扎堆回家”的高潮。這些重返地球懷抱的“孩子們”，讓地球人很頭疼。專家警告說(shuō)，未來(lái)來(lái)自太空的人造碎片將會(huì)更頻繁地墜落地球，太空垃圾“肇事”可能成為家常便飯。
太空垃圾數(shù)量已達(dá)臨界點(diǎn)
在廣袤的太空，地球外圍已經(jīng)形成了幾重碎屑層，將地球包裹著。
歐洲航天局（ESA）近期公布了近地軌道區(qū)域的太空垃圾合成圖片。從圖中可以看到，地球宛如被蜂群圍得密不透風(fēng)的蜂巢。這張圖上的太空垃圾是從1957年10月4日到2008年1月1日期間，世界各國(guó)發(fā)射的大約4600枚火箭所攜帶的6000顆衛(wèi)星產(chǎn)生的。
“2000千米以下的近地軌道、2萬(wàn)千米高度的中軌道和3.6萬(wàn)千米高度的地球同步軌道是空間碎片的密集區(qū)域。”中國(guó)空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、空間碎片行動(dòng)計(jì)劃首席專家李明介紹。
根據(jù)NASA官網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)，目前有2萬(wàn)多塊直徑在10厘米或更大的碎片正環(huán)繞地球。它們的速度達(dá)到每小時(shí)17500英里，這足以使碎片撞毀一顆人造衛(wèi)星或者一艘宇宙飛船。
2011年上半年，NASA的科學(xué)家就警告說(shuō)太空垃圾的“臨界引爆點(diǎn)”正在來(lái)臨。NASA警告稱，即使不再發(fā)射航天器，到2055年，由碰撞所產(chǎn)生的新碎片數(shù)量也將超過(guò)落回地球和燃燒掉的碎片總數(shù)。
今年的9月1日美國(guó)全國(guó)研究委員會(huì)也公布報(bào)告稱，地球上空的太空垃圾數(shù)量“抵達(dá)臨界點(diǎn)，已經(jīng)到了會(huì)不停撞來(lái)撞去的地步，結(jié)果又制造更多的垃圾，推高宇宙飛船任務(wù)失敗的風(fēng)險(xiǎn)”。
報(bào)告稱，美國(guó)戰(zhàn)略司令部下屬的空間監(jiān)視網(wǎng)2006年監(jiān)測(cè)到9949個(gè)軌道碎片，2011年，這一數(shù)字已上升到16094個(gè)。這些軌道碎片的直徑均大于10厘米。
想象一下，沿著空間站和數(shù)百顆衛(wèi)星軌跡旅行的是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的16000多塊碎片，其中的任何一個(gè)都可能對(duì)處于軌道上的人類和航天器構(gòu)成威脅。這無(wú)異于是太空探索的噩夢(mèng)。
多國(guó)加強(qiáng)監(jiān)視“超速太空幽靈”
這些一刻不停在高速奔跑的垃圾，塞滿了地球軌道，讓人類的探索太空之旅變得越來(lái)險(xiǎn)象環(huán)生。美國(guó)航天局軌道碎片項(xiàng)目辦公室前主任唐納德·凱斯勒表示：“當(dāng)前的太空環(huán)境對(duì)航天器和宇航員越來(lái)越危險(xiǎn)。”
太空垃圾既包括已“壽終正寢”的各類衛(wèi)星、被遺棄的運(yùn)載火箭推進(jìn)器殘骸等，也有航天器意外爆炸或者碰撞形成的碎片。自50多年前前蘇聯(lián)發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星斯普特尼克1號(hào)以來(lái)，全世界各國(guó)一共執(zhí)行了超過(guò)6000次發(fā)射任務(wù)，產(chǎn)生了大量的太空垃圾。這些垃圾卻極難處理。除了部分墜入大氣層燒毀外，還有大部分垃圾留在近地軌道和同步軌道高速飄蕩，成為隨時(shí)可能引發(fā)事故的太空幽靈。
目前在軌時(shí)間最長(zhǎng)的太空垃圾是美國(guó)在1958年發(fā)射的一顆命名為先鋒的衛(wèi)星，成為了太空垃圾的“元老”。空間碎片如槍林彈雨。在近地軌道與地球同步軌道上，無(wú)數(shù)碎片像霰彈一樣射向正在服役的航天器，防不勝防，幾毫米大小就能損壞航天器外殼；直徑1厘米的碎片碰撞衛(wèi)星時(shí)釋放的能量相當(dāng)于一顆手榴彈爆炸；幾厘米、十幾厘米直徑的碎片就可以改變航天器的運(yùn)行軌道。
太空碎片不僅威脅航天員的安全撞毀宇宙飛船，還會(huì)影響對(duì)太空的觀察。太空碎片撞到太空望遠(yuǎn)鏡，將使鏡體遭到損壞。著名的“哈勃”望遠(yuǎn)鏡就是在這些小碎片的襲擊下傷痕累累，外表遍布凹坑和劃痕，還有數(shù)百個(gè)深洞。
NASA將碰撞風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)大小的威脅分為三大類。對(duì)于10厘米以及更大的碎片，監(jiān)控系統(tǒng)可以跟蹤它們，聯(lián)合評(píng)估和避碰演習(xí)能夠有效減少碰撞，NASA將這類太空碎片精確記錄在案。
“太小的碎片則難以跟蹤觀測(cè)，而太大的碎片則難以避開(kāi)。”NASA一篇分析文章指出。研究太空垃圾的美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局首席科學(xué)家為尼古拉斯·約翰遜表示：“最大的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自小到不可跟蹤的碎片。”
為使正在服役的航天器免于被襲擊，美國(guó)、俄羅斯、歐洲、中國(guó)、日本等空間監(jiān)視網(wǎng)都加強(qiáng)了監(jiān)視它們的行蹤。
我國(guó)空間碎片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)待建
中國(guó)空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)、空間碎片行動(dòng)計(jì)劃首席專家李明透露，我國(guó)自2000年起啟動(dòng)了“空間碎片行動(dòng)計(jì)劃”，目前國(guó)內(nèi)已確定了以數(shù)據(jù)庫(kù)為載體的“空間碎片探測(cè)預(yù)警工程”、以防護(hù)設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)為載體的“空間碎片防護(hù)工程”和以空間碎片減緩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為載體的“空間環(huán)境保護(hù)工程”的三大主題工程。
李明表示，目前，中國(guó)空間碎片撞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究已處于國(guó)際先進(jìn)水平，自主開(kāi)發(fā)的空間碎片防護(hù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)不僅具有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的功能，而且在防護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面居于領(lǐng)先，并逐漸拓展至布局優(yōu)化領(lǐng)域，已用于中國(guó)載人航天器防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
“在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，中國(guó)建立了空間碎片監(jiān)測(cè)網(wǎng)，形成了對(duì)空間碎片的常規(guī)預(yù)警機(jī)制。”李明介紹，2007年10月，空間碎片監(jiān)測(cè)網(wǎng)成功為嫦娥一號(hào)安全飛行提供了空間碎片碰撞預(yù)警服務(wù)，累計(jì)跟蹤觀測(cè)了1551個(gè)碎片；2008年3月，成功為神舟七號(hào)安全飛行提供了空間碎片碰撞預(yù)警服務(wù)，完成了相關(guān)碎片篩選、監(jiān)測(cè)與軌道測(cè)定。
李明介紹，我國(guó)還對(duì)鑫諾二號(hào)衛(wèi)星和壽命末期的風(fēng)云二號(hào)B、風(fēng)云二號(hào)A衛(wèi)星進(jìn)行了離軌處置，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)地球靜止軌道衛(wèi)星任務(wù)后離軌處置操作的先河，得到國(guó)際“機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(huì)”各成員國(guó)的高度評(píng)價(jià)。
但目前，我國(guó)研究，主要參考的是北美防空司令部（NORAD）定期公布的兩行軌道（TLE）數(shù)據(jù)。為此，國(guó)家天文臺(tái)空間碎片研究和應(yīng)用中心在一篇報(bào)告中提出，“為擺脫依賴國(guó)外軌道數(shù)據(jù)的窘境，還是應(yīng)該抓緊建立自己的空間碎片監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。”
各國(guó)采取行動(dòng)清掃太空垃圾
隨著報(bào)廢衛(wèi)星數(shù)量的逐漸增多，軌道碎片數(shù)量以每年2%的速度遞增。太空適合航天器安全工作的空間越來(lái)越有限，這么下去，到2300年，地球?qū)⒈粐?yán)密包圍，任何東西都別想進(jìn)入太空軌道了。怎樣對(duì)付這些游蕩在太空的幽靈？各國(guó)科研人員可謂使盡了渾身解數(shù)。
機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)小組制定了《空間碎片減緩指南》，指出了減少空間碎片的三種方法：對(duì)航天器和火箭采取鈍化措施，減緩碎片的產(chǎn)生；設(shè)立“垃圾軌道”，騰出有價(jià)值的軌道空間，減少空間碎片對(duì)航天器的危害。清除碎片是減少空間碎片的根本方法，但經(jīng)濟(jì)上難以實(shí)施。
歐洲空間局委托德國(guó)不倫瑞克技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種模擬程序，用統(tǒng)計(jì)學(xué)的分析給出了碎片可能碰撞的速度、大小和方向。當(dāng)不可避免的軌道碎片與防護(hù)屏發(fā)生碰撞時(shí)，防護(hù)屏被擊碎，同時(shí)太空垃圾也被撞碎變成粉末，從而減弱對(duì)航天器的威脅。
俄羅斯國(guó)家航空系統(tǒng)科研所更進(jìn)一步，把航天器防護(hù)屏幕做成了網(wǎng)狀，并在防護(hù)屏外涂了一層特殊材料。當(dāng)碎片與其發(fā)生碰撞時(shí)，碰撞產(chǎn)生的能量能與太空垃圾發(fā)生爆炸式的化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)碎片變成粉末。
這些技術(shù)只是盡量減少太空垃圾的危害，最徹底的辦法是將太空垃圾全部回收。國(guó)外正設(shè)計(jì)專門(mén)清理各種“太空垃圾”的“太空清潔車”，它是一種特殊飛船，在飛船外裝有一個(gè)網(wǎng)狀或機(jī)器觸角狀的特殊設(shè)備，可以捕獲太空垃圾而保證自身不受傷害。
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，2011年1月9日?qǐng)?bào)道，NASA已經(jīng)開(kāi)始一項(xiàng)名為“有效碎片清除”的長(zhǎng)期項(xiàng)目，該項(xiàng)目將致力于從高地球軌道清除太空中的大型軌道垃圾。
目前，各航天大國(guó)都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到空間碎片是一項(xiàng)既涉及世界各國(guó)的利益，也是需要世界各國(guó)聯(lián)合行動(dòng)才能解決的問(wèn)題。
十大“太空肇事案”
1太空實(shí)驗(yàn)室垂直落下
1979年7月11日，重77噸的美國(guó)空間站太空實(shí)驗(yàn)室因意外事故停止服役。大塊的殘骸像雨點(diǎn)般落在了印度洋東南部至居民稀少的澳大利亞西部之間。
2最重的太空垃圾
俄羅斯“和平”號(hào)空間站服役15年后于2001年3月23日墜入地球大氣層。重達(dá)286600磅的空間站是迄今為止地球軌道中最重的物體，有1500個(gè)殘骸碎片落在地球表面。
3音速墜落
經(jīng)過(guò)為期9年51658次地球軌道飛行，2000年6月4日，康卜吞伽瑪射線觀測(cè)器由于陀螺儀故障，故意安排脫離運(yùn)行軌道，它的太陽(yáng)能板和天線首先脫離，其他的部件很可能在高速穿越大氣層時(shí)被融化。
4“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)殘骸
2003年2月1日，美國(guó)宇航局“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)返回地球時(shí)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致機(jī)身爆炸碎裂，7名宇航員身亡。航天飛機(jī)數(shù)以千計(jì)的殘骸散落在美國(guó)2.8萬(wàn)平方英里上。
5太空飛船部件墜落
1966年3月，巴西里約內(nèi)格羅發(fā)現(xiàn)了太空飛船殘骸，這些金屬部件經(jīng)鑒別是來(lái)自土星發(fā)展測(cè)試衛(wèi)星（SA-5）的一級(jí)推進(jìn)器，該太空飛船是于1964年發(fā)射的，1966年4月30日從外太空進(jìn)入地球大氣層。
6沙漠墜落物
2001年1月21日，德?tīng)査?型火箭第三級(jí)火箭PAM-D從外太空進(jìn)入地球大氣層最終墜落在中東地區(qū)，154磅重的鈦質(zhì)發(fā)動(dòng)機(jī)外殼墜落在沙特阿拉伯，而其他的鈦質(zhì)壓力箱墜落在德克薩斯州，主推進(jìn)罐墜落在德克薩斯州喬治敦附近。
7有害物質(zhì)墜落
前蘇聯(lián)海軍機(jī)密級(jí)宇宙954人造衛(wèi)星，發(fā)射于1977年9月18日，在太空盤(pán)旋失控，間諜雷達(dá)天線與衛(wèi)星上的核反應(yīng)堆發(fā)生撞擊，使得1978年1月24日，最終衛(wèi)星的殘骸落在了加拿大北極圈的冰凍地帶上。
8神秘太空球
上世紀(jì)60年代，澳大利亞出現(xiàn)多起神秘事件，一些人猜測(cè)當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的神秘外太空球體可能與UFO事件有關(guān)。據(jù)稱，在澳大利亞西部梅克諾卡地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)鈦質(zhì)金屬球，之后這個(gè)金屬球體被證實(shí)只是雙子座4號(hào)太空飛船的飲水箱。
9火箭殘骸擊中人
1997年1月，美國(guó)俄克拉荷馬州特利地區(qū)一位女子被一個(gè)輕重量燒焦織物材料擊中頭部，慶幸的是并未受傷。之后該太空垃圾經(jīng)鑒別之后是來(lái)自德?tīng)査?型火箭的殘骸。
10USA-193間諜衛(wèi)星
2008年2月20日，美國(guó)海軍攔截?fù)袈淞嗣绹?guó)USA-193間諜衛(wèi)星，據(jù)許多業(yè)余天文學(xué)愛(ài)好者稱，該間諜衛(wèi)星殘骸落在了美國(guó)和加拿大的西北部。
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