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  • 太空垃圾

    太空垃圾(Space debris 或 space junk),也叫宇宙垃圾(spacetrash)是指在绕地球轨道上运行,但不具备任何用途的各种人造物体。这些物体小到固态火箭的燃烧残渣,大到在发射后被遗弃的多级火箭。

    编辑摘要
    • wanghui6438由于太空垃圾以轨道速度运行,若与它们相撞可能会严重损坏尚在运作的太空飞行器,甚至威胁到宇航员在舱外活动时的生命安全。

    目录

    产生/太空垃圾 编辑

    太空垃圾包围地球 威胁空间安全太空垃圾包围地球 威胁空间安全
    最早提出“太空垃圾”概念的是防空部队的值班人员,因为监控宇宙空间的部门每天要监视5万多个物体,太空垃圾常令他们迷惑。太空垃圾来自于因寿命已尽而报废、或因事故和故障而失控的人造卫星、发射各类航天器时使用过的火箭本身及其一部分零件、多级火箭分离时产生的碎片、大块碎片相互碰撞后产生的小碎片、甚至还有宇航员遗失的手套和工具等物品。它们与天然岩石矿物质和金属等构成的宇宙尘埃、流星体等是不同的概念。

    除了进行航天任务时扔到太空的垃圾越来越多以外,已在太空的垃圾件数也会自行增多,即当脱离主体的火箭中还含有的剩余燃料在太空爆炸时,便会生成无数个碎块,形成更多的太空垃圾。[1]

    数量/太空垃圾 编辑

    20世纪50年代开始进军宇宙以来,人类已经发射了4千多次航天运载火箭。据不完全统计,太空中现有直径大于10厘米的碎片9千多个,大于1.2厘米的有数十万个,而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒可能数以百万计。

    截止2009年,太空垃圾大约已有2.5万块。由于其中许多物体在进入大气层时烧掉了,能够看到的大约有9000件。到2009年1月为止,太空垃圾空间碎片总数已经超过4000万个,总质量已达数百万千克,大于10厘米。

    根据美国宇航局NASA负责监测太空碎片部门的官方数据,近地空间大多数的太空垃圾属于俄罗斯和独联体国家(5833颗),其中包括1402颗卫星,4431颗运载火箭残骸等“垃圾”。美国排在第二,总共制造了4824个垃圾,包括1125报废卫星和3699运载火箭残骸等碎片。而中国制造的太空垃圾超过3388个(88颗废卫星和3300个其它碎片),少于俄罗斯和美国。[2]

    2011年9月1日,美国的研究报告显示,在地球轨道上的太空垃圾数目已达到临界点,相撞的机会大增,并威胁1000个人造卫星的安全。该报告称,地球轨道上已有2.2万余件可以侦测到的太空垃圾,其中不少是发射导弹后被摧毁的卫星碎片。[3]

    危害/太空垃圾 编辑

    2013年3月12日俄罗斯联邦航天署署长弗拉基米尔·波波夫金在俄联邦委员会圆桌会议上表示,如果不解决太空垃圾问题,人类可能在未来20年内失去地球同步卫星轨道。[4]

    影响航天事业

    太空垃圾太空垃圾

    太空垃圾,由于飞行速度极快(6-7公里/秒),因此都蕴藏着巨大的杀伤力,一块10克重的太空垃圾撞上卫星,相当于两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞卫星会在瞬间被打穿或击毁。 这些太空垃圾已经成为航天事业发展的绊脚石。

    它们的飞行速度极快,发生碰撞时可以释放出极大的能量。越来越频繁地发生垃圾碎块危险地接近人造卫星的事件,太空垃圾已经影响到航天工作者的科研工作。科学家指出,空间碎片的数量达到一定程度,有可能产生“雪崩”效应,使航天活动无法进行,近地空间完全失去使用价值。

    污染宇宙空间

    太空垃圾不仅给航天事业带来巨大隐患,而且还污染了宇宙空间,给人类带来灾难,尤其是核动力发动机脱落,会造成放射性污染。美国和前苏联在空间的核反应堆中有1吨的铀—235及其他核分离物。前苏联共发射31颗核动力侦察卫星,其中已有两颗给地面带来污染:1978年,“宇宙954”号大量放射性残骸落入加拿大的斯克拉芬海;1983年,“宇宙1402”号的反应堆芯落入南大西洋

    历史事故/太空垃圾 编辑

    20世纪60年代以前,没人听说过太空坠落物,但是自1973年以来,每年有数百块太空垃圾坠落地球。但由于其在经过大气层与空气产生的急剧摩擦使得这些垃圾在未通过大气层时就自我燃烧殆尽,在大气层的保护下就自我毁灭了。

    1983年,美国航天飞机“挑战者”号与一块直径0.2毫米的涂料剥离物相撞,导致舷窗被损,只好停止飞行。前苏联的“礼炮—7”号空间站也多次被此类“尘埃”损坏。

    1986年,“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸,成为564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片,这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星“命赴黄泉”。

    1987年,曾发生过因连接器拧不紧,“量子”舱无法同“和平”号对接的情况。当时,经验丰富的地面控制中心认为,舱外肯定有物质干扰对接,于是派一个考察组上去检查,结果发现那里有一个金属残片。 

    1991年9月15日,美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞,当时“发现者”号与这个“不速之客”仅仅相距2.74千米,幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号,它才免于丧生。

    1993年,加拿大某气象台宣布,发现了英仙星座附近有星体爆炸。后来才弄楚,这不过是一颗废弃人造卫星在太阳光反射下造成的效果。

    1996年6月3日,美国一枚飞马座火箭发生爆炸,共产生了约300000个危害性碎片。

    2005年1月17日,南极上空885公里,发生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——块31年前发射的,美国雷神火箭推进器遗弃物,与中国发射的长征四号火箭CZ-4碎片相撞。

    2009年2月10日,美国和俄罗斯的两颗通信卫星在太空相撞并产生大量太空垃圾。这次卫星相撞发生地点位于西伯利亚上空790公里,两颗相撞的卫星分别是美国1997年发射的一颗铱星,以及俄罗斯1993年发射的一颗卫星。前者是铱星公司运行中的66颗通讯卫星之一,后者则是一颗报废的俄罗斯卫星。这也是人类历史上首次发生卫星相撞事故。

    2011年9月23日,一颗已经报废的美国“高层大气研究卫星”,因燃料不足而失控坠落,穿越地球大气层后,总重500公斤的26个残留碎片会最终落在地球上的某个地方,砸中地球人的概率约为三千二百分之一。这颗“高层大气研究卫星”重达6吨,1991年搭乘航天飞机进入轨道,共服役14年,搜集了大量有关大气中臭氧和其他化学物质的数据。美国航天局通常引导废弃卫星进入死亡轨道或者坠入海洋,但由于“高层大气研究卫星”燃料不足,该局已无法对其有效控制。

    2012年3月24日,受俄罗斯火箭产生的一块太空垃圾威胁,国际空间站内6名成员被迫在逃生舱内短暂躲避。[5]

    2013年5月,负责追踪卫星运行情况的美国范登堡空军基地空间联合作战指挥中心通知厄瓜多尔航天局,厄瓜多尔唯一一枚卫星“飞马座”在印度洋上空与一枚由苏联1985年发射升空的火箭燃料箱残骸发生“侧面撞击”。[6]

    应对措施/太空垃圾 编辑

    太空垃圾太空垃圾

    为控制和减少太空垃圾对人类的潜在威胁,宇航专家们提出了许多对策,归结起来可用“避、禁、减、清”四个字来概括。

    避:就是加速发展现代太空监视系统,对太空垃圾进行严密的监视与跟踪,并采取有效的技术手段,使航天器及时避开太空垃圾。

    禁:就是国际上制定有关空间法规,禁止在空间进行试验和部署各种武器,限制发射核动力卫星,使空间成为为人类文明服务的和平空间。

    减:就是发射航天器的国家应采取措施,尽量减少太空垃圾的增加。对末级火箭采取未燃尽推进剂和高压气体排空,避免末级火箭爆炸。

    清:就是发展太空垃圾清除技术,对已完成任务的运载火箭末级,采取转移轨道措施,使其返回大气层烧毁;对已达到预定寿命的卫星,让其获得逃逸速度,远离近地空间或转用清除装置进行清除。有些专家提出设想,运用激光的力量,使大块垃圾首先改变运行轨道,然后将其气化。[7]

    各国对策/太空垃圾 编辑

    美国

    太空垃圾:这幅图解展示了气体“脉冲”是如何把太空垃圾击落到地球大气层,并燃烧掉的太空垃圾:这幅图解展示了气体“脉冲”是如何把太空垃圾击落到地球大气层,并燃烧掉的。

    美国宇航局提出了一项“清理”近地太空的激进方法。美国密歇根大学的一个科研组正在研究一种利用气体“脉冲”射击太空碎片的新技术。这种被提议的新系统名叫太空碎片清除(SpaDE)系统,它将通过把大气气体脉冲发射到目标碎片必经路线上,增加太空垃圾的摩擦力,令其下降坠落到地球大气层里。[8]

     

    英国

    欲让死卫星不再变太空垃圾

    到2009年1月为止,英国萨里卫星技术公司(SSTL)的研究人员设计一种用于小卫星的微型电力推进器,可以将卫星安全带回地球大气层,在空中烧尽,从而避免产生太空垃圾,控制低空轨道的卫星拥挤状况。这项技术还可以将小卫星送到更远的太空。

    中国

    建立“太空垃圾”观测中心
    “中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”2005年3月初在中科院紫金山天文台成立,将为中国在空间航天领域建起安全预警系统。

    日本

    在日本本州岛冈山县一台远程控制雷达从2011年4月6日起开始工作,该雷达主要作用是跟踪太空垃圾的移动。这是世界上第一台专门用来跟踪太空垃圾移动的雷达,该雷达将由位于日本大阪附近茨城的航天中心进行远距离控制。

    瑞士

    拟发射首颗打扫卫星 清理太空垃圾

    2012年2月,瑞士科学家宣布,计划研发犹如家用吸尘机的装置,或像水母触须一样的打扫卫星,为外层空间大扫除,清理废弃卫星及火箭残骸等太空垃圾。该卫星名为“清洁太空一号”,预计造价1,000万瑞郎(约合人民币6856.4万元),将于3至5年内发射。新卫星第一个任务是回收两枚分别于2009年及2010年发射的瑞士卫星。[9]

    国际空间站

    穿“铠甲”抵御太空垃圾
    国际空间站上的两名俄罗斯宇航员经过5个半小时的太空行走,为空间站安装金属遮蔽罩,减少太空垃圾对空间站的威胁。这次太空行走的主要任务是在俄罗斯建造的太空舱外安装5个铝制遮蔽罩,防止太空垃圾撞坏空间站。每个遮蔽罩重9公斤,宽0.6米、长0.9米。俄罗斯为国际空间站建造的生活舱已在距地面355公里的轨道上运行了7年。

    美国航空航天局一个独立工作组发布报告称,太空垃圾是国际空间站面临的威胁。安装遮蔽罩将大大提高空间站抵抗太空垃圾撞击的能力。报告估计,俄罗斯为空间站建造的设备完成的防护升级,空间站被太空垃圾撞毁的风险将从9%降至5%。

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2013-03-17
    [2]^引用日期:2012-02-17
    [3]^引用日期:2011-09-02
    [4]^引用日期:2013-03-17
    [5]^引用日期:2012-03-26
    [6]^引用日期:2013-05-29
    [7]^引用日期:2013-03-17
    [8]^引用日期:2012-04-28
    [9]^引用日期:2012-02-17
    扩展阅读
    1腾讯科技网:可怕的太空垃圾
    2人民网:我国有了“太空垃圾”观测中心,2005年3月10日

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