雷射大戰太空垃圾:讓其減速 最終跌入大氣層
2020-11-27 中國新聞網
太空垃圾：讓其減速 最終跌入大氣層">
1957年10月，人類第一顆人造地球衛星從前蘇聯拜科努爾基地升入太空，奏響了人類徵服太空的序曲。自此，一批又一批火箭將人造衛星送上太空。五十多年過去了，除了載人航天飛行器最後回到地球，其他上天的人造物體都圍繞地球運動著。那些曾經輝煌過的「金屬體」，伴隨著使命的結束，被遺棄在太空，變成了金屬碎片，最終成為「太空垃圾」的一部分。（科學報圖片）
2008年，歐洲航天局地面控制中心公布的電腦模擬圖像顯示，「太空垃圾」已經讓地球上空成了一個垃圾場。如何清理太空垃圾，成為人類接下來的研究重點。
雷射加入回收太空垃圾的行列
3月11日，新加坡《聯合早報》報導，澳大利亞一組科學家正在研究從地球發射雷射，來分解繞著地球旋轉的太空垃圾，以減少這些碎片可能會引發的一系列衛星撞擊事件。澳大利亞國立大學天文與天體物理學研究院院長克萊思在接受採訪時表示，這項工程非常可能成為現實，相關設備可能在10年內運作。
「澳大利亞用雷射回收垃圾的做法，應該就是通過雷射讓太空垃圾減速，最終讓它跌入大氣層。」中國科學院空間中心研究員都亨在接受《中國科學報》記者採訪時分析道，「目前人類回收太空垃圾的方法幾乎都是先令其減速，然後重新墜入大氣層。這樣太空垃圾會在墜落過程中燒毀，不會對地面產生太大的影響。」
其實，澳大利亞並不是最早開始希望用雷射回收太空垃圾的國家，美國也曾在2011年設想使用雷射去推動這些碎片，使其偏離軌道，從而避免它們相互之間發生碰撞。「太空垃圾有大有小，重量從幾十到幾百公斤不等。所以回收的手段也不盡相同。」都亨說，「有些可以用機械手臂抓住，有些則需要被網住，最終被送回大氣層。」
太空中的潛在殺手
隨著太空垃圾的增多，人類航天活動也隨之受到威脅。2005年1月17日，NASA憂心忡忡地公布，南極上空885公裡，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，與中國發射的長徵四號火箭碎片相撞。2013年5月，厄瓜多唯一一枚衛星在升空後不足一個月，就與太空中火箭殘骸相撞失靈。這些都提醒著人們，太空垃圾對航天安全日益嚴重的威脅。
人們最早發現太空垃圾是在20多年前，加拿大某氣象臺宣布，發現英仙星座附近有星體爆炸。後來才弄清楚，這不過是一顆廢棄人造衛星在太陽光反射下造成的效果。
不僅在外太空，人類的生活也慢慢受到了太空垃圾的影響。「由於地球外層大氣的減速作用，每年都會有一部分太空碎片落入地球大氣層。只是大部分都在墜落的過程中燒毀了，所以人們沒有發覺。」都亨說。但是這並不代表太空垃圾沒有威脅到人類的日常生活。
湖南省綏寧縣就曾經迎來天外的「不速來客」，據媒體報導，2012年3月31日，「亞太7號」通信衛星「長徵三號乙」運載火箭一級殘骸鋼架打斷一低壓線後，打破一民房屋頂的瓦片，墜落於綏寧縣黃土礦鄉牛欄衝村水田裡，另外一片殘骸則墜落于田基上。無獨有偶，在英國，一塊重達1.8公斤的金屬從天而降，砸穿了一對老夫婦的房頂，所幸的是沒有造成人員傷亡。
但是，這些還不是太空垃圾最可怕之處。「凱斯勒症候群」（KesslerSyndrome）才真正令太空垃圾引起航天學者的重視。1978年，一位美國宇航局的天文學家唐·凱斯勒提出了一個令人沮喪的觀點：隨著太空撞擊事件的增加，新生出大量碎片。遲早有一天地球大氣銷毀太空垃圾的速度將跟不上太空垃圾的增長速度。那樣一來，地球外圍空間就會出現一層永久性的「太空垃圾雲」，從而使得太空環境變得非常危險，無法進行航天活動。這種理論就被稱為「凱斯勒症候群」。
試想一下，這些太空垃圾以6~7公裡/秒的速度飛行，他們隱藏著巨大的殺傷力：一塊10克重的太空垃圾撞上衛星，就相當於兩輛100公裡/時的小汽車相撞，衛星會在1.5秒內被打穿或被直接擊毀。而且每一次太空垃圾的相互碰撞不會互相湮滅，而會產生更多的碎片，再次增加太空垃圾的數量。
回收難在何處
為此，人類自很早以前已經在思考如何回收這些太空垃圾，並提出各種構想，可惜的是，這些構想一直止步於理論，並沒有國家真正實踐。「回收太空垃圾成本太高，幾乎和發射一枚人造衛星的花費一樣多。」都亨解釋說，「考慮到成本，如果衛星損壞，只是其中部分零件需要更換便可再次應用，那麼回收就是值得的。如果衛星已經全部報廢，那麼回收就沒有太大意義了。」不過，這只是太空垃圾回收難點之一。另外一層隱憂是，有些國家擔心有人以回收太空垃圾為由，向他國的太空飛行器進行攻擊，因此對於哪個國家執行回收任務以及具體方法，各國並沒有達成協議。
而與花費高額的太空垃圾回收費用相比，有科學家主張在避免產生太空垃圾上下功夫。比如，在衛星上加裝一個廉價的摺疊式氣球，一旦衛星壽終正寢時，氣球內便會充滿氦氣或其他氣體。當氣球與地球的大氣層外稀薄的大氣接觸時就形成額外的阻力，降低衛星速度，從而縮小衛星軌道半徑，讓其墜入大氣層。或者衛星上天時帶一根由特殊材料製成的繩子，長約5公裡左右，衛星失效後可以控制它釋放，繩子將切割地球磁力線並導電，進而在地磁場的作用下產生下拉作用，將衛星在短期內拖入地球大氣層燒毀。不過，到底哪些方法有效，還需要實踐證明。
延伸閱讀
清理太空垃圾的奇思妙想
太空彈弓
為了節省燃料，美國得州農工大學提出「彈弓衛星太空清掃器」，能夠捕獲太空垃圾，再將太空垃圾投向地球大氣層燃燒，之後使用動量航行至下一個太空殘骸目標進行清除。
立方太陽帆
英國提議建造「立方太陽帆」，即使用小型人造衛星帶動太陽帆捕獲太空殘骸至低軌道。最初計劃於2011年實施，但目前該計劃仍在籌劃之中。
電動系鏈
2014年初，日本宇宙航空研究開發機構提議「電動系鏈」策略來有效消除太空殘骸，電動系鏈的電流可以減緩人造衛星碎片或者太空垃圾的速度。減速的人造衛星碎片將逐漸降落至地面，燃燒殆盡。
脫軌任務
該太空任務是2014年初提出的，旨在搜尋並清除軌道高度為800~1000公裡極軌道區域的廢棄人造衛星殘骸，歐洲宇航局擬發射一個「太空捕捉器」，通過「織女星」火箭發射，重量為1.6噸。
太空垃圾處理器
目前，美國一家航天公司提出一個叫作「太空牧羊犬」的設想，它能夠利用太空動力使太空垃圾得到較好的處理。這個設想是使用一種可重複使用的太陽能航空器來清理太空垃圾。太陽能航空器利用太陽能電池板充電後，它上面的電流與地球磁場相互作用，產生推動太空垃圾的動力，太空垃圾也就進入大氣層被燒成灰了。（見習記者袁一雪）
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我在太空撿垃圾
不過少部分情況下，會因為引擎突然爆炸或是零組件遺落、燃料估算錯誤而導致最終可能無法進行所謂可操作墜毀的過程。「清」就是發展太空垃圾清除技術，美國航空航天局正在試驗一種「雷射掃帚」技術擊落太空垃圾。俄羅斯科研人員還開發出保護太空飛行器與太空垃圾碰撞的新防護屏。 -
日本科研機構開發用雷射清除太空垃圾的人造衛星
人民網東京6月23日電 據《朝日新聞》網站報導，在地球的周圍，使用壽命已經結束的人造衛星和火箭的零件等太空垃圾不斷增多。為清除這些垃圾，日本SKY Perfect JSAT和物理化學研究所等機構日前發布消息稱，將研發一種能用雷射照射垃圾讓其掉落到大氣層的小型衛星。 -
日科學家建議空間站安裝雷射器 射殺太空垃圾
這個雷射系統可利用空間站上的望遠鏡 搜尋和鎖定62英裡(約合100公裡)外的太空垃圾，而後發射雷射。強大的雷射脈衝能夠將太空垃圾推入地球大氣層，最後在大氣層中燃燒殆盡。理化學研究所 的文章刊登在《宇航學報》上。 -
太空垃圾或致同步衛星軌道報廢【2】
在已經編目的太空垃圾中，大約有70%位於距地面約2000公裡以內的低地球軌道，時刻威脅著各種衛星的安全。更為可怕的是，地球周圍的太空垃圾雲仍在不斷擴大。 不過，凱斯勒表示，太空垃圾問題目前仍處在可控制範圍內，因為衛星操作人員能夠採取預防措施，防止衛星發生相撞事故。不過，如果國際社會無法達成協議，限制軌道垃圾的數量，這種威脅將不斷加劇，最終導致操作人員的預防措施不足以應對碎片威脅。 -
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據俄羅斯衛星通訊社23日報導，國際空間站的太空人首次向太空發射了微型衛星。它的主要任務是收集太空垃圾碎片並將其燒毀在地球大氣層裡。因此，我們需要在太空垃圾『閃光'的時候將其『捕捉'到，而探頭將以正確的角度對其進行觀測。"按照天文學家目前的估計，在地球軌道上存在大約18000個人造物體。至於它們的位置，美國國家航天局（NASA）和世界上主要的航天機構都很清楚。暫時還沒有太空垃圾中的多個開放部分增大數倍的情況，即使是和當中的任何一個部分相撞，都可能會變成大多數衛星、國際空間站和載人飛船的災難。 -
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據統計，在2011-2013年，每年都會有400塊左右超過10釐米的太空碎片墜入大氣層，其中大概有10%最終會墜入地球。從這個意義上來說，太空垃圾對航天飛行器以及地球上的生命體均會造成威脅。下面讓我們看一看太空垃圾造成危害的一些實例。撞擊太空飛行器。1983年，挑戰者號太空梭被一塊0.2毫米的塗料碎片擊中，導致舷窗劃傷，只好提前返回地球。 -
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在隨後進行的兩次試驗中，主星成功地使用網狀裝置套住了模擬太空垃圾的1號子星，與2號子星進行了空間定位試驗，射出的魚叉裝置也準確擊中了主星自行布置的靶標。在未來實際進行太空垃圾清理時，衛星將通過網或魚叉對太空垃圾實施捕捉，再將太空垃圾拖離軌道。 OSCaR捕獲和移除太空垃圾的方法，和「遨龍一號」與「清理碎片」計劃基本類似，其最大的特點在於自動化和低成本。 -
擋住月亮的六便士——太空垃圾那些事
據統計，在2011年到2013年期間，每年都會有400塊左右超過10釐米的太空碎片墜入大氣層，其中大概有10%最終會墜入地球。遙控飛行器捕獲太空碎片，然後將其集中送到「太空墳場」，或拖入大氣層燒毀。瑞典曾於2012年提出「太空清理一號」的設想，這是一顆猶如水母觸鬚一樣的衛星，該計劃分為發射、接近目標、捕獲目標、進入大氣層四個階段。2016年6月25日，我國長徵七號運載火箭將遨龍一號空間碎片主動清理飛行器發送入軌道，經過實際操作試驗，在太空環境下，遨龍一號的機械臂成功抓捕到了漂浮的空間碎片和小型廢棄衛星。 -
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