航天事業的重要挑戰:如何有效處理「太空垃圾」

2020-11-27 人民網

4月24日是「中國航天日」，在這一天我們要弘揚航天精神、普及航天知識、激發全民族探索外層空間的創新熱情。航天是高風險事業，在享受航天探索帶來的成果的同時，也需要關注航天活動中的風險因素，了解航天事業面臨的挑戰。

航天飛行中危險性較大的階段是太空飛行器穿越大氣層的過程，在這一階段燃料燃燒和空氣摩擦產生的高溫使飛行充滿了風險。當太空飛行器穿過大氣層進入軌道飛行後，其外部環境就變得相對穩定，但此時太空飛行器仍面臨若干安全風險，其中由航天活動本身產生的「太空垃圾」便是一個重要挑戰。

隨著上世紀50年代人類具備了進入太空的能力，越來越多的衛星、飛船被發射入軌，使得地球附近的太空不再空曠。然而，人類製造的機器設備都有著設計上的使用壽命，各類太空飛行器也不例外。當太空飛行器出現故障，或者達到了使用壽命，電源、燃料耗盡，太空飛行器便無法繼續運作，人類也會失去對它的控制。這時，失去了利用價值的太空飛行器便成為了名副其實的太空「垃圾」。

與地面上的交通工具不同，失去動力的太空飛行器不會立即墜落。地球上的飛機、輪船和汽車都依靠它們自身的動力保持運動，當動力中斷時，地面上的交通工具將在各種阻力的作用下很快停止運動。但太空中的太空飛行器不同，由於太空飛行器依靠自身運動具有的慣性抵消地球重力，而太空中又缺乏阻礙太空飛行器運動的阻力，因此當失去動力時太空飛行器不會立刻墜落。雖然在近地軌道附近高層大氣仍然對太空飛行器的運動存在微弱的阻礙作用，但由於大氣的影響很小，需要日積月累才能顯著改變太空飛行器的運動速度，使太空飛行器在重力的作用下落回地面。所以，失效的太空飛行器有可能在軌道上繼續飛行幾年、幾十年甚至幾千年。由於舊的失效的太空飛行器一時難以落回地球，而人類又在不斷發射新的太空飛行器，使得飛行在軌道的太空飛行器越來越多，其中失效成為太空垃圾的太空飛行器也越來越多。

失效的太空飛行器數量很多，當這些失控的太空飛行器互相碰撞，以及由於殘餘燃料爆炸等原因解體時，還會產生大量新的空間碎片，這些太空中飛速飛行的物體會對正常工作的太空飛行器產生巨大威脅。在電視報導中，我們常能看到太空人在飛船中輕輕飄舞，仿佛太空中的一切都是緩慢和輕柔的，這是一種錯覺。太空人之所以能在飛船中輕舞，是由於他和飛船在同一個軌道上，即具有相同的速度、高度和軌道角度。一旦軌道參數不同，兩個不同軌道上的物體將存在巨大的相對速度，這種速度差值可能比飛行的子彈還要快得多，使得任何一小塊碎片都可能具有徹底摧毀另一顆衛星的能量。2009年2月10日，俄羅斯已報廢的宇宙-2251號衛星與美國的銥星33號衛星發生了碰撞，碰撞不僅損壞了正常工作的衛星，還產生了若干新的空間碎片。2013年5月，升空不足一個月的厄瓜多飛馬座衛星與前蘇聯時期遺留的火箭殘骸發生了擦碰，導致飛馬座衛星太陽能電池板受損，衛星進入不受控的旋轉狀態，與地面失去了聯繫。

太空垃圾對太空飛行器存在巨大威脅，因此各航天國家都對太空垃圾的處理方法進行了研究。解決太空垃圾最根本的辦法是減少太空垃圾的產生，如對報廢衛星進行受控墜毀處置以及將到達壽命末期的高軌道衛星移入墓地軌道等方法，都可有效減少大型太空垃圾的產生。此外，通過對使用完畢的運載火箭末級進行「鈍化」處理——排除殘餘的燃料和氣體，也可避免火箭殘骸爆炸產生更多的空間碎片。對於已經形成的太空垃圾，在現有技術下進行回收和清理是困難的，且在經濟上無法承受。因此，各國只能通過監控空間殘骸的軌跡並調整正常工作太空飛行器的軌道來實現對太空垃圾的規避。對於宇宙飛船、空間站等載人太空飛行器，在設計時也會考慮微小太空物體撞擊對太空飛行器安全的影響。

太空垃圾問題的最終解決需要各國通力合作。如果太空遍布了太空垃圾，那麼任何一國的太空飛行器都無法安全飛行。因此，各國應儘可能地共享太空垃圾的軌道數據，從而最大限度地避免正常衛星與太空垃圾碰撞，進而避免產生更多新的太空碎片。更為關鍵的是，各航天國家需要正確處理政治軍事矛盾，以免因為國家間的衝突加重太空環境的汙染。美俄等具備先進太空技術的國家都擁有主動摧毀在軌太空飛行器的能力，如果這些國家因為軍事衝突對敵對國家太空飛行器進行大規模的打擊，可能在極短時間內產生大量空間碎片，而這些碎片又會與其它在軌物體碰撞產生連鎖反應，最嚴重時有可能使人類喪失進入宇宙空間的能力。因此，各國需要在技術、政治、軍事等方面都加強合作，才能保護我們的太空環境，維護我們共同的家園。（中國航天科工二院二部 盧天宇 工程師）

(責編：郝孟佳、熊旭)

推薦閱讀

要換心臟，3D列印一個就成！以色列特拉維夫大學研究人員15日宣布，他們利用患者細胞和生物材料，首次成功設計和列印出充滿細胞、血管並有心室和心房的完整心臟。【詳細】

我國科學家首次揭示深海獅子魚環境適應機制我國科學家對生活在馬裡亞納海溝7000米以下的獅子魚開展多方面研究，在分類學上釐清了其系統地位，首次在形態上發現其適應深淵的變化，在多組學大數據分析的基礎上揭示了深淵適應的遺傳基礎。【詳細】

相關焦點

  • 太空垃圾越來越多,如何才能有效減少無用碎片
    圖源：NASA官網本報記者 張夢然今日視點美國《連線》雜誌在線版日前刊登文章稱，隨著私人太空企業開始向地球軌道進軍，以及低成本的立方體衛星和納米衛星讓平常人也能支付得起，太空中的一個問題—太空垃圾將會變得日趨嚴重。太空垃圾是一些零零碎碎的、圍繞地球軌道的無用人造物體，也稱空間碎片或軌道碎片。
  • 中俄航空航天開展新合作 著眼清理太空垃圾
    【環球科技綜合報導】據俄羅斯衛星通訊社4月6日報導，中國國家航天局秘書長田玉龍表示中國正在考慮與俄羅斯合作清理太空垃圾。田玉龍告訴俄羅斯衛星通訊社，中俄過去在航空航天方面有著良好的合作。中國目前在海南有新的發射地點，俄羅斯在東方港也有東方航天發射場，兩國未來合作將著眼於聯合發射活動。此外，中俄還將在空間物體、太空垃圾觀測及管理方面展開合作。田玉龍還表示，中俄兩國正在對遠程遙感衛星展開緊密合作。他指出，兩國政府間合作十分融洽，並且合作還涉及工業和商業領域。
  • 太空垃圾如何清理
    在太空中，一個拳頭大小的碎片撞擊到太空飛行器，相當於地面上一輛小汽車一百碼速度的撞擊——　　太空垃圾如何清理湖南日報記者 徐行 攝　　車多了，會發生擁堵，太空也一樣。但不同的是，地面的交通事故，可以及時清理。太空如果發生了撞擊，產生的碎片可沒那麼容易清除。　　怎麼辦?這個問題需要可持續性的探討。4月25日，在2019年「中國航天日」航天標準化專業分論壇上，記者了解了這有趣的航天領域問題。
  • 發射衛星一時爽,處理殘留淚兩行,各國都在想辦法處理太空垃圾
    隨著地球上的人類對太空探索活動越來越頻繁，對近地空間的利用也越來越成熟，很多衛星在空中為我們提供通訊、監測、導航等等服務，截止到2020年，全球各國累積執行了4000多次發射任務，將近6,000顆衛星被送上近地軌道，但其中約60％已變為太空垃圾。隨著垃圾增多，以後在軌運行衛星、航天飛行器受到這種無法準確預測和規避的碰撞機率越來越大。
  • 航天科普節目《挑戰吧!太空》將開播 講述中國航天故事
    新華社北京10月29日電（記者王秉陽）作為國內首檔太空探索類綜娛科普節目，《挑戰吧！太空》將於今年11月17日在優酷視頻上線首播，帶領觀眾開啟不同尋常的「太空探索挑戰之旅」。　　《挑戰吧！太空》聚焦中國在探索外太空領域為世界作出的貢獻，講述航天科技進步和航天人不懈奮鬥的故事，向世界展示一個真實、立體、全面的中國。王寶強、張雨綺、田亮、吳宣儀、朱正廷、陳鍇傑參與節目拍攝。　　中宣部副秘書長趙奇指出，經過幾代航天人的接續奮鬥，我國航天事業取得舉世矚目的輝煌成就，《挑戰吧！
  • 科學有效地清理太空垃圾,刻不容緩!
    製作：超導與航天新戰隊 徐明研究團隊監製：中國科學院計算機網絡信息中心目前太陽系中擁有行星環的行星有木星、土星、天王星和海王星,但現在地球似乎也逐漸擁有了自己的「行星環」。構成地球「行星環」的物質並非星體碎片和巖屑，而是人類親手製造的「白色汙染」——太空垃圾。
  • 在太空中也需要垃圾分類?太空垃圾怎樣分類怎麼處理?
    在太空中也需要垃圾分類？太空垃圾怎樣分類怎麼處理？但這仍給我們日益活躍的空間探測敲響了警鐘——來自地球的垃圾可能要先人一步在月球「建立基地」了。事實上，不僅是月球，凡是衛星、探測器能夠到達的地方，也將面臨同樣的風險。人們越來越重視地面垃圾的分類處理，那麼太空垃圾怎樣分類？又該怎麼處理？
  • 如何「科學」地清理太空垃圾?
    太空飛行器上脫落下去的漆塊，甚至軌道上爆炸的火箭殘留下的發動機都能成為環繞地球運行的太空垃圾。　　太空垃圾的形成需要追溯到1957年10月4日，前蘇聯成功發射了世界上第一顆人造地球衛星「斯普特尼克1號」，它的廢棄是太空「白色汙染」的開始。隨之而來的就是太空垃圾大爆發。
  • 如何科學地清理太空垃圾?
    伴隨著世界各國的航天技術發展，太空發射任務達到了空前的膨脹，目前全世界已經有超過4000次的發射記錄。雖然報廢的太空飛行器大部分墜入大氣層並且燒毀，但是仍有近4500噸的太空垃圾運行在地球周圍的軌道上。處理大氣層外的這些「白色垃圾」，刻不容緩。太空垃圾的治理太空垃圾所引起的「雪崩效應」已經開始得到科研人員的高度重視。目前應對太空碎片這些「冷殺手」的主要手段就是規避碎片。
  • 火箭殘骸和太空垃圾會不會砸到你?
    出品：科普中國 製作：太空精釀 監製：中國科學院計算機網絡信息中心 人類航天事業的基石是運載火箭技術，正是一枚枚火箭在轟鳴聲中驚天動地起飛，才有了軍事、氣象、通訊、遙感、導航、科學應用、
  • 深圳垃圾處理面臨巨大挑戰
    ■ 深圳特區報記者 徐強 在昨天院士高峰年會的「城市垃圾資源化處理技術論壇」上，中國工程院院士魏復盛、中國科學院院士彭平安和多位專家、企業界代表共同探討垃圾處理問題。兩位院士分別從垃圾填埋高汙染場地的風險和防治、二惡英的汙染角度出發，分析了不同垃圾處理方式帶來的不同結果，並結合發達國家成熟的垃圾處理模式，為深圳垃圾處理提出建議。
  • 太空垃圾之十大「太空肇事案」
    2最重的太空垃圾 　　俄羅斯「和平」號空間站服役15年後於2001年3月23日墜入地球大氣層。重達286600磅的空間站是迄今為止地球軌道中最重的物體，有1500個殘骸碎片落在地球表面。之後該太空垃圾經鑑別之後是來自德爾塔2型火箭的殘骸。 　　10USA-193間諜衛星 　　2008年2月20日，美國海軍攔截擊落了美國USA-193間諜衛星，據許多業餘天文學愛好者稱，該間諜衛星殘骸落在了美國和加拿大的西北部。　　如何對付惱人的太空垃圾?
  • 太空垃圾如何清理?用魚叉擊中太空垃圾碎片
    一項名為RemoveDebris（清除碎片）的太空垃圾清理衛星項目通過關鍵測試，項目衛星用類似於魚叉的設備成功刺穿太空中的模擬碎片。據統計，太空中散布著從廢棄的火箭部件、報廢衛星，再到散落的螺母和螺栓等各種太空垃圾。美國國防部現在對地球軌道上堆積的50多萬件人造碎片進行跟蹤。所有這些太空垃圾對經過的太空飛行器，比如說國際空間站以及耗資數十億美元的衛星構成了日益嚴重的碰撞威脅。
  • Rocket Lab CEO Peter Beck警告太空垃圾已經開始影響航天
    Rocket Lab CEO Peter Beck警告太空垃圾已經開始影響航天（神秘的地球uux.cn報導）據cnBeta：外媒報導，幾十年來，科學家們一直在警告我們太空垃圾帶來的問題Rocket Lab CEO Peter Beck告訴CNN，太空垃圾已經開始影響航天機構和初創公司的發射計劃和策劃，不斷向地球軌道運送新硬體已經導致了一個相當嚴重的問題。繞地球運行的垃圾的類型在大小上差別很大。從報廢的、燒毀的衛星到在不同任務中被丟棄的火箭部件，這些太空垃圾包括各種各樣的物品。
  • 太空垃圾處理技術新革命
    圖為太空垃圾 自從1969年美國阿波羅號飛船登上月球時，就開啟了人類探索太空的時代，截至目前為止，世界各國已經執行了4000多次的發射任務，當衛星不幸發生撞毀或者退役時，會產生許多的太空垃圾，然而就算是其中一個細小的碎片都會對航天飛行器造成毀滅性的打擊。
  • 太空垃圾數量驚人,人類該如何清理?
    但是，太空還飛行著很多體積並不比拳頭大的太空垃圾，同太空垃圾的數量相比，數千顆衛星只算是少數。圍繞地球飛行的物體中，大約有95%都是太空垃圾，其中包括：失控的空間站、用廢的火箭碎片、遺棄的衛星、遺失的太空人工具等。這些危險的軌道垃圾飛行的速度比子彈還要快10倍，要過很長時間才會墜落到地球。「這些垃圾能夠在太空中存在數百年。」
  • 如何處理太空垃圾?方法已經有,就差行動了
    如何處理太空垃圾？11-29 10:09 來源:科技看天下 原標題：如何處理太空垃圾
  • 清理太空垃圾的「七大神器」
    隨著航天事業的發展，太空上開始出現越來越多的垃圾，如何清理他們已經成為新難題。下面就來介紹一下可以清理太空垃圾的「七大神器」。「太空彈弓」。為了節省燃料，美國德州農工大學提出「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。2013年初，研究人員仍在審查這一設計方案。「立方太陽帆」。英國提議建造「立方太陽帆」，使用小型人造衛星帶動太陽帆捕獲太空殘骸至低軌道。
  • 科學網—雷射大戰太空垃圾
    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。
  • ...神秘物體」撞地球-光棍節,神秘,物體,地球,天文航天,太空垃圾...
    儘管報廢衛星「砸」向地球尚屬罕見，但如果聽之任之，終有一天，太空可能成為真正的垃圾場，太空垃圾「肇事」可能成為家常便飯，杞人憂天可能變成合情合理的同義詞。中國有沒有垃圾衛星？著名空間問題專家龐之浩說，到目前為止，中國發射的太空飛行器一共100多個，其中一部分到了壽命，包括東方紅一號，其在工作幾十天後到達工作壽命，一直處於距離地球較高軌道上，也屬於太空垃圾。中國處理太空垃圾，也採取了一定的措施。