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空间垃圾的形成、危险和清除

已有 6613 次阅读 2010-12-24 07:02 |个人分类:航天|系统分类:科普集锦| 卫星, 空间, 航天, 太空, 垃圾

作者:蒋迅


Source: NASA Orbital Debris Program Office
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从人类发射航天器的那一天开始,太空垃圾就开始积累。2010年7月,NASA列出了十大产生太空垃圾最多的太空行动,2007年的一次一次航天大国的反卫星试验是至今为止产生最多太空垃圾的太空行动。这是一次有意碰撞,而其它太空垃圾绝大多数是事故造成的。名列第二名的是2009年美国铱星33号和俄罗斯退役的宇宙2251号卫星在太空相撞,其中宇宙2251号产生1,267块碎片,铱星33号产生521块碎片。据估计,目前大约有两万多块大小超过10厘米的碎片,而大於1厘米的碎片则超过三十万个。

太空中发生碰撞远比在地球上的汽车相撞严重。一次卫星碰撞所产生的碎片可以在数天之内遍布到全地球上空 (请看这个模拟视频)。原NASA科学家唐纳德·K·凯斯勒 (Donald Kessler) 于1978年提出了一种理论假设“凯斯勒现象”或“碰撞级联效应”(Kessler Syndrome)。该假设认为当在近地轨道的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,意味著近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖。由於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。

显然,太空碎片对各国航天探索和宇航员的声明安全已经够成了足够的威胁。包括中国在内的航天国家都在考虑如何避免太空垃圾和减少太空垃圾的问题。但是,太空垃圾的一个大的难题是,这些垃圾很难清理,有些可能要在太空中漂浮几百年。

美国国家地理上刊登了一篇“Big Idea: Clearing Space”。在这篇文章里,作者介绍了三种清理太空垃圾的办法。

第一个办法是用太空激光 (Space Laser) 把微小的太空碎片轻轻地推入衰退轨道 (decaying orbit)。这些碎片会进入大气层并立即烧掉。第二个办法是在微型探测器 (micro-rover) 上连接电绳 (Electric Tether),这些电绳可以利用其与地球磁场相互作用把太空垃圾拉下来。第三个办法是发射 (比如,太阳帆驱动的) 垃圾收集卫星 (Collector Satellite),从这种卫星上张开一个巨大的网,把较大的太空垃圾收集到网中,然后带到低轨道并重新释放,垃圾在那里进入大气层。

不过,这些办法还只是作者的一厢情愿。目前世界上还没有任何清理太空垃圾的行动。但我们只要开始行动就不晚。凯斯勒说,如果我们每年只拉下四个物体,我们可以精心选择四个最危险的物体,这样太空的垃圾场就会相对稳定。

作者特别指出,清理太空垃圾是一件非常非常困难的事情。所以,说到底,人们首先要做的是控制太空碎片的生成。大家可能还记得2008年2月,美国打下了自己的一颗失控卫星。由於这次行动前,美国进行了周密的安排,尽量减少太空碎片的产生,所以碎片的数量和持续时间都都小的多。



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