印度成功通過運載火箭一次性發射104顆衛星,即所謂的“一箭104星”,大幅度超越中、美,甚至把最愛大力出奇跡的俄羅斯都比下去了,不僅印度媒體毫不謙虛地稱其為“創紀錄的驚人壯舉”,國內也紛紛驚歎“阿三又開掛了”。
不過國外媒體可沒有這麼客氣,馬上就有航天專家指出,印度此舉在試圖掙大錢的同時,也對製造太空垃圾做出了巨大的貢獻。
印度這此航天任務送上天的衛星多是壽命短的小型衛星,不久的將來,這些衛星將會成為各自軌道上的“屍體”,光榮加入太空垃圾大軍。
圖:印度此次發射的104顆衛星中有88顆都是這種烤麵包機大小的
不過,論太空垃圾的製造能力,印度三哥還是欠點火候。早在2007年,中國就悶聲發大財,在西昌偷偷發射了一枚開拓者1號系列火箭,並沒有對外提及火箭的用途。
火箭攜帶著動能彈頭,在865公里的軌道上擊毀了1999年發射上空的退役氣象衛星風雲一號C。估計產生了2300件以上(2007年12月13日的資料顯示)的可被追蹤的(尺寸大於Golf)、35000多片大於1釐米的和100多萬個大於1毫米的太空垃圾,成為歷史上產生太空垃圾的數目最多的單次事件。
太空精釀
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各國發言人譴責中國發展太空武器的同時,太空垃圾也漸漸走進了公眾的視野。科學界關於太空垃圾過多的擔憂一直都沒有少過。
自1957年前蘇聯發射了第一顆人造衛星史波尼克1號以來,人類已經執行了超過4000次的發射任務,也把很多的廢棄物件帶上了太空,雖然他們大多數都墜入了大氣層燃燒殆盡,但仍有超過4500噸的太空垃圾殘留在軌道上。
其實,在人類走出地球后的蠻長一段時間裡,都沒有太空垃圾這一概念的。最早提出太空垃圾這概念的是一些防空部隊的值班人員,一些專門監控宇宙空間的部門常常被這些不明物體弄得困惑不已。
甚至有某個氣象臺曾以為發現了仙英座附近的星體爆炸,後來才搞清楚那不過是一顆廢棄人造衛星在Sunny下反射的效果。人類這才知道,原來我們在太空拋棄的那些東西已經這麼多了。
這些太空垃圾們的身世也是充滿著傳奇,目前最長壽的太空垃圾是蘇美爭霸時期發射的人造衛星,已經差不多60歲了。
圖:世界第一顆人造衛星Sputnik-1
除了這些正常棄用或者損毀產生的太空垃圾外,還有一些讓人哭笑不得。1965年,美國雙子星4號的駕駛員,也是美國第一個太空行走的宇航員,大意遺失了一隻手套,這隻手套以每秒7公里多的速度飄了20多年,榮獲“最致命手套”的稱號。
無獨有偶,1982年前蘇聯宇航員列勃捷夫執行太空行走的任務,他開啟減壓艙的一瞬間,他同事遺留在艙裡的螺栓、墊圈還有一支鉛筆都被吸出到太空,成為了遊蕩的致命垃圾。
除了這些遺棄物,美國竟然還曾經主動在太空散佈大量物體。在冷戰時期,遠距離的國際通訊手段並不多,有線通訊主要依靠海底電纜,而無線通訊依靠大氣電離層的反射作用。
電離層對短波段(頻率3兆赫-30兆赫)的無線電波有反射作用,我們熟知的短波無線電廣播便是依靠電離層的反射作用實現的。
圖:電離層對電磁波的反射
美國擔心有朝一日蘇聯毛子會破壞掉海底電纜,如果發生了,那國際的通訊重擔就要由電離層揹負了,可是電離層會受諸多的因素影響,十分不穩定。
於是他們想出了一個點子,在近地軌道上人造一個類似電離層的東西,提高通訊的品質。美國於1963年將4億3000萬根銅製的偶極天線散佈在3500-3800公里之間的近地軌道上,這些人工的針狀天線在地球上空形成了環狀的針雲。
圖:比頭髮絲還細的偶極天線,殺傷力也並不小
當初美國聯合國大使稱這些針會在三年內離開軌道,然而,這些針在衛星通訊發展起來後依舊仍有大量殘留,偶爾才會有些墜入大氣層。
美國因此受到了國際各界批評與指責,蘇聯的《真理報》甚至稱“美國玷汙了宇宙”。
圖:從1957年開始,太空垃圾的數量飛速增長
不少人會認為太空垃圾不過是些慢慢飄在軌道上小東西,就算其它航天器在執行過程中發現有太空垃圾阻擋行進路線,也能很輕易地躲開。再不濟直接用肉身去扛,幾釐米的小東西最多造成點剮蹭,損傷點漆面,大不了去4S店補個漆。
實際上,若以地球作為參照物來看,這些太空垃圾確實看起來是慢悠悠的樣子,不過,用中學物理的知識就能知道,一個物體不管是航天器還是家裡的馬桶刷,想要環繞地球做勻速圓周運動,就要滿足萬有引力等於圓周運動的向心力。
所謂的7.9公里每秒的第一宇宙速度即是這個臨界值,航天器的飛行速度只有大於第一宇宙速度才能被送上軌道,但穩定執行的航天器其線速度卻要小於第一宇宙速度,不然將會脫離地球。
不管是什麼物體,它們在軌道上的飛行速度雖不超過第一宇宙速度,但也是幾千米每秒這個等級的。以一個以每秒7千米速度飛行硬幣大小(以6克計)的碎片計算,它擁有近15萬焦耳的動能,而1發7.62毫米機槍出膛子彈的動能也才約3千焦耳,其威力可想而知。
雖然用槍械子彈來衡量太空垃圾有些不準確,但這些超高速的不明物體威力真的不小。目前能被監控的最小碎片也起碼是10釐米級的,這種大小的碎片對航天器自然是致命的,但10釐米以下無法監控的碎片對航天器也是不小的威脅。
中國2007年的這次反衛星實驗相當於瞬間製造了百萬級的太空武器,產生的碎片殘骸,將會安逸地在軌道上停留幾十年。國際空間站為了躲避這些風雲一號C的屍體,不惜多次點火變軌。
圖:風雲一號C衛星碎片的分佈情況
但即使是這樣依舊還有不小的風險,當年美國叱吒風雲的太空梭“挑戰者”號與一塊直徑0.2毫米油漆脫落物相撞,造成舷窗受損,不得不提前返回地球。
很可惜,即便是採取了最保險的措施,國際空間站在2016年3月份還是中招了,同樣是遭到毫米級剝落的油漆襲擊,國際空間站引以為傲的全景玻璃窗被撞出一個凹痕。
圖:國際空間站受損的玻璃窗
現在太空垃圾的問題愈發的嚴峻,若不採取措施,日後維護航天器安全所付出的成本也許比發射一顆新的還要高。因此,各國都在想辦法解決太空垃圾的問題。正所謂“文明你我他,垃圾送回家”,日本從垃圾的源頭入手,在太空也發揚起本國環保的精神。
中島田鐵工所與東北大學計劃給衛星配備一個名為“DOM”的脫軌裝置,在衛星退休之後,裝置會展開一個約1.5米見方的薄膜,原理類似降落傘,能加大稀薄空氣的阻力,使衛星在不算長的時間裡減速降軌,最終落入大氣層燒燬。
在清理太空垃圾上,日本也很有想法。日本在去年末發射的“鸛”6號貨運飛船,在完成給國際空間站送貨的使命後,伸出了銅和鋁製成長達700米的實驗器,打算通過電磁效應來讓這些太空垃圾減速,最後落入大氣層,然而“鸛”可能是出現了什麼功能性障礙,試驗器沒法完全展開,最終自己變成了一個太空垃圾,令人唏噓。
作為太空垃圾大國的中國,最近也開始發展太空垃圾清理技術。去年發射的“遨龍一號”裝載了一臺機械臂,雖然聽起來很簡單粗暴,但能準確地抓住速度超高的碎片也並不簡單。
“遨龍一號”是世界上第一個主動的軌道碎片離軌清除試驗專案,讓中國在製造太空垃圾和清理太空垃圾兩個領域都獨領風騷。不過看似環保的行動卻被美國認為是發展太空武器,能抓走太空垃圾也能抓走別國的衛星,以此強烈譴責中國,看來世界各地對掃地僧的恐懼都是相同的。
圖:遨龍一號所使用的機械臂
太空垃圾問題其實與工業汙染很類似,工業革命帶來了嚴重的大氣與水體汙染,直到現在我們依舊沒有擺脫環境汙染的陰影。在太空革命時代我們依舊忽視了對環境的保護,現在回頭治理難免困難重重。
先汙染再治理的道路似乎也總也逃不開,想想看似乎也並不用太悲觀,畢竟霧霾都能防鐳射武器,那太空垃圾也起碼能防個小行星吧(滑稽)。