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《新京报·新知周刊》

 
 
 

日志

 
 

阻击宇宙交通肇事者  

2008-02-26 17:26:00|  分类: 封面故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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扫除太空垃圾
 
www.thebeijingnews.com · 2008-2-24 7:02:13 · 来源: 新京报
 

“美国193”,一颗失控的卫星正在轨道上游荡,准备在适当的时机撞击其他飞行器。更麻烦的是,这颗携带着毒性很强燃料箱的卫星会坠入地球大气层,后果不堪设想。为此,美国决定用导弹击毁这颗卫星———听上去有点像科幻片。

 

北京时间2月21日,美国成功地用导弹将这颗失控的间谍卫星击落。美国国防部官员表示,此次导弹发射显然已经达到摧毁卫星所携有毒燃料箱的主要目的。不过,警报依然没有解除,无数类似的碎片正在太空中游荡,它们被称为“太空垃圾”。

 

人类以极大的智慧让自己的行为延伸进太空,然而这些行为的遗迹却在随后成了进一步探索的障碍。因此,清理太空垃圾的工作在所难免。各种新型太空武器为了这一目标轮番上阵。

 

 

阻击宇宙交通肇事者 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》  
艺术家绘制的Cerise卫星被太空垃圾击中的场景。

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坠落在美国新泽西州的一块物质,科学家认为这是一块太空垃圾。

 

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LDEF装置是科学家用来统计太空垃圾数量的活靶子。

 

 

装满毒药的“垃圾箱”

 

这颗卫星代号是“美国193”(US193),国际编号2006-057A,重达2吨。“根据它发射所用的运载火箭和其他资料,我们认为它是美国新一代照相侦察卫星的一颗试验星。”中国空间技术研究院研究员庞之浩解释说。

 

“美国193”在2006年12月14日发射升空。发射后,卫星便故障频现。太阳帆板没能打开;计算机系统也坏了。不久,该颗卫星与地面失去联系并失控。这颗曾被寄予重望的间谍卫星,竟沦落为太空垃圾。

 

科学家预计失控卫星将在2008年3月6日左右坠入地球大气层。糟糕的是,这颗卫星携带着毒性很强的燃料箱,其中包含453千克有毒的火箭推进燃料肼(hydrazine)。肼又称联氨,人若吸入会损害肺组织。庞之浩解释说:“肼燃料对人类有很大的伤害,但目前航天器很多都是用肼燃料,我们目前正在改进这种燃料,像火箭准备采用无毒无污染的煤油,但现在很多航天器还是用肼燃料。”

 

如果“美国193”卫星里的联氨随燃料缸穿越大气层后坠地,可造成面积达两个足球场范围的人员死伤。这颗故障卫星可能坠落在南、北纬58.5度之间的任何一个地区,坠落波兰境内的可能性较大,因而对其安全的威胁也较大。

 

为此,今年1月4日,美国征调众多领域专家,调研导弹击落卫星的可行性和相关技术障碍。是否有可能用导弹击中卫星,为此需要哪些技术手段,难点一一地被列了出来。最终,美国方面决定用导弹铲除这颗卫星。狙击的最佳时间也定在了21日到25日之间。

 

美国方面考虑了三次机会,由此安排了三艘巡洋舰,部署在三个不同的区域。第一艘在21日出击。如果失败,再打第二枚;实在不行还得打第三枚———再打不下来,就只能等它自行坠落。

 

不过,这一切的部署都显得有点“多余”。2月21日,第一枚导弹击中了卫星。

 

 

卫星成“垃圾”

 

1957年,苏联成功发射了史上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”,人类由此也进入空间时代。然而当时的人们并不知道,自己同时也将各种杂乱的人造物品推进了太空。“斯普特尼克1号”在结束了3个多星期的寿命之后,又在地球同步轨道上运行了3个月的时间,最后坠入大气层。它是人类进入空间时代的里程碑,也是第一批“空间碎片”。

 

“空间碎片”更多的时候被称为“太空垃圾”。如何定义这些特殊的人造物品,科学界一直存在争议,但是否“有用”是最常用的判断标准。

 

“太空垃圾主要有3个来源。”庞之浩解释说,一是发射时送入轨道的物体,如运载火箭末级、有效载荷及相关物体。

 

其二是报废的卫星等空间装置。发射卫星后卫星失效、出现故障的情况并不罕见。庞之浩指出,在太阳系空间,尤其在近地轨道上的太空探索活动中产生、遗弃的碎片和颗粒物质有很多。

 

“最后一类是载人航天中丢弃的东西。”而航天员在太空行走时遗弃的扳手、手套、摄像机灯等物品也成为太空垃圾。如果航天器在空间发生爆炸,就会产生大量的碎片。迄今为止,这样的空间爆炸一共发生过150多次,产生了大约70万个直径大于1厘米的碎片,其中有17万个仍滞留在轨道上。

 

随着人类空间活动的不断开展,太空垃圾也会随之增多。“太空垃圾也会产生雪崩效应。”中国科技馆规划发展处赵洋博士指出,太空垃圾数量过多,相互之间撞击的频率增大,从而产生更多的碎片,这个过程循环下去,就像滚雪球一样,太空垃圾会越来越多。

 

“现在10厘米以上的太空垃圾有超过10000个,1厘米到10厘米的有至少10万个。”庞之浩指出根据体积大小,太空垃圾也被分为直径10厘米以上的大碎片,1厘米到10厘米的小碎片,以及1厘米以下的微小碎片几类。

 

 

关注度逐步升级

 

事实上,太空垃圾的研究也并不是近几年的热点。早在1963年,人造物体对空间活动可能产生的影响就被提出来了。1966年和1970年执行 “阿波罗计划”和“天空实验室计划”时,美国航空航天局(NASA)就考虑了空间碎片可能产生的影响。上世纪70年代中期,NASA下属兰利研究中心的科学家注意到,在空间发生的爆炸使空间碎片的数量急剧上升,实际的数目是编目数的2.5倍。上世纪70年代末,约翰逊航天中心研究了空间碎片相互碰撞而发生连锁反应使碎片数目呈雪崩式增加的可能性。1981年,NASA公布了第一份关于空间碎片状态的报告,强调了这一问题日益增长的严重性。同年,NASA制定了一个历时10年的“空间碎片评估计划”,总投资达1470万美元。

 

上世纪80年代初,接连发生的几次空间爆炸事件产生了大量碎片,航天界更为警觉起来。1986年,美国政府成立了“机构间空间组”,以加强空间碎片的研究。

 

1988年2月11日,当时的美国总统里根签署了美国关于空间碎片的国家空间政策。1989年欧洲空间局理事会批准了关于空间碎片活动的决议。1995年8月1日,NASA限制空间碎片的准则和评估程序开始生效。

 

事实上,在对太空垃圾的认识中,各国也意识到太空未来涉及世界各国的利益,也是需要世界各国联合行动才能解决的问题。1993年12月10日,联合国做出了第一个关于空间碎片的39号决议,并于1994年2月将空间碎片主题列入科学技术分委员会第31次会议议程。

 

眼下,NASA下属的研究机构已经发表了《2007年太空安全报告》。报告指出,太空垃圾漫步太空的局势越来越严重。在地球附近的太空中已经布满了太空垃圾,这些高速飞行的垃圾对在轨道中运行的地球通讯卫星和气象卫星的工作构成极大威胁。

 

 

体积小,危害大

 

1996年7月24日,在678千米高空上已经工作了一年多的法国地球射电环境研究卫星Cerise突然发生翻滚事故。原来该卫星6米长的平衡杆与10年前发射的阿里安(Ariane)V16火箭的碎片发生了碰撞,导致了这一事故。

为了获得航天飞机和空间站典型运行轨道(距地面约500km)空间碎片的数据,1984年NASA发射了一个轿车大小的装置———长期暴露装置(LDEF),并于1990年收回。研究人员检查发现在其表面有3万多个被空间碎片撞击的痕迹,其中5000多个直径大于0.5mm,最大的撞击坑直径达 5mm。

 

太空垃圾往往以每秒几千米到几十千米的速度与航天器发生高速碰撞。在碰撞时释放出来的能量相当于同样质量TNT炸药的10倍以上,具有很强的破坏力。即使撞击没能使航天器破碎,但产生的层裂、绝缘击穿、泄漏和变形也会降低航天器的性能,或导致航天器部分甚至整体失效。

 

而如果是那些精心设计的航天器,充分考虑了对空间碎片的防护,但仍不免有漏网之鱼处:太阳能电池板、通讯天线和其他敏感装置。

 

“除了在太空中造成危害外,太空垃圾也会危害地面。”赵洋指出。大型航天器在停止工作以后也成为太空垃圾,最终要陨落。由于它们体积庞大,经过大气层时不会被完全烧毁,由此主体部分将会落到地面上,产生巨大的撞击能量,对地面的生命财产安全构成严重的威胁。

 

而如果以核能为动力的航天器陨落或经过地球附近轨道(如太阳探测器尤利西斯)时,由于放射性物质的大面积扩散和污染,后果将特别严重。1978 年,原苏联带有核装置的“宇宙-954”卫星残块就掉在了加拿大北部。如果对于这些空间垃圾的行踪不加了解,特别是以核能为动力的航天器不加了解,它们一旦陨落,将对环境产生化学和放射性污染。

 

新知专题采写 本报记者 李健亚

本专题所用图片 均为资料图片

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