太空垃圾(Space Debris或Space Junk)是指在繞地球軌道上執行,但不具備任何用途的各種人造物體。 這些物體小到固態火箭的燃燒殘渣,大到在發射後被遺棄的多級火箭。它們有撞擊其它航天器的風險,某些太空垃圾在返回大氣層時也會對地面安全造成威脅。由於太空垃圾以軌道速度執行,若與它們相撞可能會嚴重損壞尚在運作的航天器,甚至威脅到宇航員在艙外活動時的生命安全。
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照火箭科學家專業的說法,它們被稱為“軌道碎片”,不過一般人都將其稱為“太空垃圾”。如今,太空垃圾日益成為人類面臨的一個難題。我們51年前將第一個航天器發射到太空——蘇聯第一顆人造衛星。半個世紀過去了,我們已經將太空變成了一個垃圾場,裡面充斥著無數的碎片。在這裡,數百顆衛星、一個國際空間站、一個太空望遠鏡、大量行星間探測器正在執行,另外俄羅斯“聯盟”號飛船和美國太空梭也偶爾前來湊熱鬧。不時飛過的太空垃圾無疑對這些航天器和宇航員的安全構成了嚴重威脅。
正如照片顯示的那樣,它們在地球上空構成了獨特的環狀物和球體。大多數太空垃圾都靠近地面,即處於距地面200至300英里的低地軌道,對宇航員和他們的航天器安全構成了致命威脅。航天器會掉落大氣層化為灰燼,但這一過程通常需要幾個月時間。還有數百萬太空碎片在距地面2萬英里的地球靜止軌道周圍徘徊,始終不散去。
構成這些碎片的東西是,廢棄的航天器和報廢衛星,火箭外包裝,碰撞和對接期間產生的金屬片,螺母和螺栓,不慎丟棄的工具,大塊冰凍火箭燃料,以及從載人飛船上扔下的宇航員排洩物。1965年,在美國宇航員第一次太空行走期間,“雙子星4”號飛船宇航員埃德華·懷特丟失了一幅手套。在隨後一個月中,手套以時速1.75萬英里在太空飛行,成為有史以來最為危險的服裝用品,直至它幾個月後在地球大氣層化為灰燼。
俄羅斯“和平”號空間站雖為人類太空探索作出過重大貢獻,但也在執行過程中產生了200多包垃圾,當時宇航員的環保意識不像現在這麼強烈,將它們直接丟棄到茫茫太空,1994年,“飛馬座”無人火箭爆炸,瞬間化為30萬件直徑超過八分之一英寸的碎片。[1]
令人驚訝的是,美宇航局和其他機構逐漸地將部分太空垃圾編成目錄。美國雷達可以跟蹤到小到直徑十分之一英寸的物體。太空垃圾之所以受到如此重視,是因為它們嚴重威脅著宇航員和航天器安全。一小塊塗料在太空的飛行速度能達到時速數萬英里,一旦撞到國際空間站上,它們能輕而易舉在空間站外殼留下凹痕,甚至能撞裂玻璃。
NASA(美國國家航空航天局)憂心忡忡地公佈:2005年1月17日,南極上空885公里,發生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一塊31年前發射的,美國雷神火箭推進器遺棄物,與中國6年前發射的長征四號火箭CZ-4碎片相撞。這是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。
最早提出“太空垃圾”概念的是防空部隊的值班人員,因為監控宇宙空間的部門每天要監視5萬多個物體,太空垃圾常令他們迷惑。16年前,加拿大某氣象臺宣佈,發現了英仙星座附近有星體爆炸。後來才弄楚,這不過是一顆廢棄人造衛星在太陽光反射下造成的效果。另據俄報載,1987年,曾發生過因聯結器擰不緊,“量子”艙無法同“和平”號對接的情況。當時,經驗豐富的地面控制中心認為,艙外肯定有物質干擾對接,於是派一個考察組上去檢查,結果發現那裡有一個金屬殘片。
太空垃圾
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在未透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。萬幸的是,迄今沒有大型的太空垃圾墜向地球,因此也尚未傷人。
美國東部時間2009年2月10日上午11時55分(北京時間2月11日晚0時55分),美國和俄羅斯的兩顆通訊衛星在太空相撞併產生大量太空垃圾,這極有可能會對國際空間站構成威脅。
美國宇航局(NASA)表示,他們還需要數週時間來判斷此次事故帶來的破壞程度,目前只是在對約500塊體積較大的碎片進行跟蹤。
根據其通報,這次衛星相撞發生地點位於西伯利亞上空790公里,兩顆相撞的衛星分別是美國1997年發射的一顆銥星,以及俄羅斯1993年發射的一顆衛星。前者是銥星公司執行中的66顆通訊衛星之一,後者則是一顆報廢的俄羅斯衛星。
這也是人類歷史上首次發生衛星相撞事故。
美國宇航局太空垃圾跟蹤首席科學家尼古拉斯·約翰遜(Nicholas L. Johnson)說,儘管以前曾經觀測到三次很小的碰撞,但是這麼大的兩顆通訊衛星撞到一起還是第一次。
近年來,隨著地球外層空間逐漸被人造物體所充斥,太空交通控制問題也已經日益突出。
根據美國宇航局的統計,目前地球軌道上有大約4000個執行中或報廢的人造衛星和火箭殘體,此外還有大約6000個可以看到並跟蹤的太空垃圾碎片;而直徑超過一釐米的太空垃圾,更多達20萬個。這些物體大多數的執行速度,都在2萬公里/小時以上。
執行在地球軌道上的這些物體無時無刻不對衛星本身的安全、太空梭以及國際空間站的安全構成威脅。
根據美國憂思科學聯盟(Union of Concerned Scientists)截至2009年1月21日的統計資料,目前執行在地球軌道上的人造衛星為905顆,其中美國443顆、俄羅斯91顆、中國54顆,最為擁擠的地球同步軌道(高度35860公里,赤道上空,傾角為0)上的衛星為366顆。近地軌道(700公里到2000公里)上有442顆。
2008年10月,來自美國、歐盟、俄羅斯和中國的幾百名太空安全專家曾經在義大利羅馬召開了一次國際太空安全會議,其議題就是“民用太空環境安全預警”。
但他提醒說,太空環境安全預警不僅對於軍事行為至關重要,也對於民用航天器生死攸關,因此必須在國際範圍內建立一套類似於目前管理民用航空系統的太空交通管制系統,以避免日後出現的混亂。而在目前,少有企業和國家擁有獨立完成和執行這樣的系統的資源。
早在1985年,美國主要政府智囊機構阿斯平戰略集團就提出,地球同步軌道上的航天器正在以每十年翻一番的速度增加,將顯著增大太空行為的難度和太空事故的可能性,因此必須提高美國的太空監測和跟蹤能力。
這在很大程度上,促成了美國太空監視網的進一步完善。目前這套網路由分佈在全球的25個陸基雷達站點組成,能夠發現在3萬公里高空飛行的直徑只有十釐米的物體,迄今他們已經對超過數萬個繞地飛行的太空物體進行過跟蹤調查,嚴密監控中的在軌目標達1.8萬個。
不過要將全球隸屬於各個國家、具備不同用途,甚至包含軍事機密的人造衛星納入到統一的太空交通管制系統,儘管技術上的障礙不難克服,政治上卻存在難以逾越的鴻溝。
美國華盛頓防務資訊中心主任特麗莎·海申斯(Theresa Hitchens)就表示,隨著軍事上投入的增加,也迫切需要建立一套用於非軍事用途的中立的資料分享系統,以確保透明和避免摩擦。
目前執行中的線上衛星跟蹤系統Celes Trak,可以根據美國北美太空安全司令部(NORAD)的監測資料跟蹤太空中衛星的執行情況,並每週提供一份“蘇格拉底報告”(SOCRATES:SatelliteOrbital Conjunction Reports Assessing Threatening Encountersin Space),預測在下一週可能發生的衛星軌道交錯事件。
不過這次的衛星相撞事件卻並未被預測到,原因是俄羅斯衛星脫離了原有軌道。位於美國休斯頓約翰遜太空中心負責研究軌道殘骸的專家馬克·馬特尼(Mark Matney)就指出,俄羅斯的衛星首先失去了控制,並脫離了原先的軌道,因此造成了此次撞星事故。
但他同時也警告說,如果國際社會不能儘快採取措施,“我們知道這種相撞事故遲早會發生的。”
垃圾種類
太空垃圾的名目繁多:大的有已經“壽終正寢”,但仍在空間軌道兜圈子的衛星、空間站等航天器,被遺棄的運載火箭推進器殘骸;中等有意外爆炸形成的碎片,如1996年6月3日,美國一枚飛馬座火箭發生爆炸,共產生了約300000個危害性碎片;小的有一些零部件,如星箭分離用的爆炸螺栓、衛星包帶和彈簧等,還有宇航員“隨地亂扔”的垃圾,比如1965年,在美國首次太空行走過程中,宇航員愛德華失手丟掉了一隻手套(還好,一個月後,這隻時速近28000公里,人類歷史上殺傷力最大的手套墜入大氣層燒燬);更多的則是極其微小的空間微粒,如航天器脫落的油漆顆粒等。
增加圖片描述
那麼在近地球軌道究竟有多少太空垃圾呢?有人估算,自開闢太空時代50年來,太空垃圾大約已有2.5萬塊。由於其中許多物體在進入大氣層時燒掉了,現在能夠看到的大約有9000件。而且,一個太空飛行器若在600公里的高空飛行,它將圍繞地球轉25~30年,如果它位於1000公里的高度,則可飛行到4001年,如果再高,它則幾乎會成為永恆的物體。如今,太空中這種“長壽”垃圾越來越多,清除將是極其艱難的。
太空垃圾(Space debris、Orbital debris或Space junk)是圍繞地球軌道的無用人造物體。太空垃圾小到由人造衛星碎片、漆片、粉塵,大到整個火箭發動機構成。自2009年1月以來已有大量的太空垃圾在太空軌道中。由於高速的軌道碎片可對運轉的衛星造成極大損害,太空垃圾成為日益受到關注問題。2011年9月2日,歐洲航天局(ESA)公佈了近地軌道區域的太空垃圾合成圖片。美國全國研究委員會9月1日公佈報告稱,地球上空的太空垃圾數量已經達到“臨界點”。該委員會呼籲美國國家航空航天局(NASA)採取措施減緩太空垃圾的影響。
太空垃圾又稱空間碎片或軌道碎片,是宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體,包括運載火箭和航天器在發射過程中產生的碎片;航天器表面材料的脫落,表面塗層老化掉下來的油漆斑塊;航天器逸漏出的固體、液體材料;火箭和航天器爆炸、碰撞過程中產生的碎片[1]。
按照火箭科學家專業的說法叫做“軌道碎片”,不過一般人都將其稱為“太空垃圾”。別小看了這些零零碎碎的太空垃圾,據統計,直徑大於1釐米的空間碎片數量竟然超過11萬
太空垃圾電腦模擬圖
個,而大於1毫米的空間碎片超過三十萬個。驚訝有這麼多的垃圾嗎?其實,歸根結底都是我們人類自己製造的。