太空垃圾多「撞暈」衛星 有必要制定「太空交規」

2021-01-15 中國新聞網

  新華網北京10月4日電 據新華社「新華國際」客戶端報導,太空本是廣袤無垠的空間,卻由於人類活動頻繁而日益擁擠。科學家們擔心,數目龐大的太空垃圾威脅各種宇宙探索活動,可能令人類徹底失去地球同步衛星軌道。

  【「撞暈」衛星】

  太空垃圾是人類空間活動產生的空間碎片,包括完成任務的火箭箭體、衛星本體、火箭的噴射物、在執行航天任務過程中的拋棄物、空間物體碰撞產生的碎塊等等,是空間環境的主要汙染源。空間碎片是太空飛行器和衛星的「天敵」,即使輕微碰撞,也會造成重大損壞。一塊僅有阿司匹林藥片大的空間碎片也能將人造衛星撞成「殘廢」。

  兩年前,厄瓜多唯一一枚衛星「飛馬座」就猝不及防撞上蘇聯火箭殘骸,雖然沒有脫離原先軌道,但太陽能電池板受損。 厄瓜多航天局的官方微博客發布消息說,衛星天線「無法定向」,「圍繞兩根軸狂轉」」,被「撞暈」了。

  自1957年第一顆人造衛星升空以來,人類已向太空發射了5000多顆各類太空飛行器,其中很大一部分已成為太空垃圾在近地軌道上飄蕩。目前,地面上能觀測到並記錄在案的空間碎片約有4000多萬個,形成約3000噸太空垃圾,仍在逐年增加。可觀測到的最大碎片與一輛公共汽車相當,最小的與一個壘球相當。

  規避空間碎片幾乎成為各種太空飛行器、衛星和國際空間站的「規定動作」。國際空間站去年多次調整飛行軌道和高度,最頻繁時在3周內兩次調整軌道,躲避空間碎片。

  為避免遭到空間碎片的「襲擊」,美國現有的太空梭體積都較小,執行任務時飛行時間也大大減少,只有幾天至十幾天。即使這樣,它們也曾多次因為躲避太空垃圾殘片而改變了飛行姿態。

  【「自我繁殖」的垃圾】

  一旦遭太空垃圾撞擊報廢,太空飛行器就變成新的太空垃圾。這種「自我繁殖」的特點嚴重汙染地球同步衛星軌道。

  俄羅斯聯邦航天署署長弗拉基米爾·波波夫金介紹,目前地球同步軌道的太空垃圾汙染非常嚴重。地球同步衛星軌道距地面約3.6萬公裡,在軌衛星相對於地面是靜止的,通常屬於通信衛星。鑑於現代衛星的功能複雜而高度集成,損失任何一顆衛星都會帶來巨大問題。

  在軌太空飛行器與太空垃圾相撞的可能性正在增加。此前,太空飛行器與1釐米見方的太空垃圾相撞的頻率約為5年一次,現已提高到每1年半至2年一次。波波金夫警告,如果不解決太空垃圾問題,人類可能在未來20年內失去地球同步衛星軌道。

  距地球2000公裡的近地軌道情況也不容樂觀。即使不再發射任何太空飛行器,現有太空飛行器老化、報廢和毀壞也會導致太空垃圾「自我繁殖」。

  美國國家航空航天局顧問唐納德·凱斯勒早就提出著名的「凱斯勒症候群」概念。設想有一天近地軌道上的垃圾實在太多了,以至於人造衛星和太空飛行器經常被撞擊,由此產生更多的太空垃圾。最後,發射新的太空器都幾近不可能,因為一發射上去就會被撞壞。

  【技術解決剛起步】

  太空垃圾隱患巨大,各國都嘗試解決,卻沒有立時可行的方案。

  瑞士航天中心開展的清除太空垃圾計劃希望通過技術手段「回收」太空垃圾,正在研發一種超快仿生手臂。按照該計劃,把這種特製的機械手臂安裝在衛星上,捕捉並回收太空飛行器碎片,最後帶著它們一起衝入大氣層焚燒殆盡。這種機械手臂的特點是「超快」:能在0.05秒內抓住各種不規則形狀的拋擲物。

  這種太空垃圾清掃衛星預計需要3至5年時間達到實用水平,首顆衛星的研發及發射費用共計約1000萬瑞士法郎(約合1092萬美元)。

  近年來發射升空的微型衛星也為治理太空垃圾提供了新思路。這類微型衛星是「立方體衛星」家族成員,單元尺寸為長、寬、高各10釐米,每個單元質量不超過1.33千克,能夠有效緩解太空的擁堵情況。

  【「太空交規」有必要】

  要真正解決太空垃圾難題,不僅要求助於技術手段,還需要國際社會協同合作,制定統一太空「交規」。中國政協委員、航天專家葉培建院士認為,除了進行碎片防護、防止太空垃圾導致的碰撞,還應協同各國進行軌道位置的合理有效分配。

  他說,隨著空間飛行器的增多,軌道位置的分配問題日漸受人關注。一個空間的軌道位置,尤其是地球同步衛星軌道,其實非常有限,需要「國際上進行合作」按需求和可能優化,有必要考慮如何用好當前看來「不太好的軌道位置」,開源節流。

  為解決太空垃圾難題,目前國際組織訂立了幾項原則。具體包括:飛行器壽終正寢後,有能力離軌即離開有用軌道,到沒用的地方去;對已編號的全部碎片,要進行全程跟蹤,目的是讓太空梭、空間站、衛星對較大碎片進行避讓;在飛行器設計的時候,應考慮如何針對小碎片碰撞進行有效防護等問題。(記者袁原,圖片源自網際網路,新華國際客戶端報導)

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