三年前,國(guó)際空間站的航天員丟棄了一塊重達(dá)兩噸、裝載著廢舊電池的托盤(pán),未曾想,這塊托盤(pán)中的一部分在太空中漂流了三年后,竟重返地球,砸穿了一棟兩層的樓房。太空垃圾引發(fā)的威脅也并非個(gè)例,國(guó)際空間站就曾因?yàn)橐粔K太空垃圾靠近而采取緊急機(jī)動(dòng)規(guī)避措施,這一緊急行動(dòng)直接打斷了航天員原定的太空行走計(jì)劃,影響了空間站的后期部署。這些具有大規(guī)模殺傷力的太空垃圾又是從何而來(lái)呢?
星際遺落的寶藏?揭秘太空垃圾的起源
1957年10月4日,蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星——斯普特尼克1號(hào)。在這個(gè)歷史性的時(shí)刻,還誕生了另一項(xiàng)世界紀(jì)錄:在將衛(wèi)星成功送入太空后,其運(yùn)載火箭脫離了軌道,成為了史上第一塊太空垃圾。在之后的幾十年里,隨著科技的不斷進(jìn)步和太空探索的深入,各種衛(wèi)星、載人飛船、無(wú)人探測(cè)器等航天器被頻繁送入太空。這些航天器的發(fā)射過(guò)程,以及它們?cè)谔罩械倪\(yùn)行、維護(hù)直至最終報(bào)廢,都不可避免地產(chǎn)生了大量的太空碎片。這些碎片包括未能完全燃燒或分離的火箭部件、完成任務(wù)后被遺棄的衛(wèi)星主體、太陽(yáng)能電池板碎片、甚至是執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中脫落的螺絲釘?shù)任⑿∥锛?/p>
更為復(fù)雜的是,太空并非一片寂靜的真空。盡管其物質(zhì)密度極低,但仍存在著大量的微小天體,如流星體、小行星碎片等。這些天體在地球軌道附近高速運(yùn)動(dòng),偶爾會(huì)與在軌的航天器發(fā)生碰撞。一旦碰撞發(fā)生,不僅會(huì)損壞航天器本身,還會(huì)產(chǎn)生更多的碎片,這些新增的碎片又會(huì)成為潛在的危險(xiǎn)源,增加未來(lái)碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
太空垃圾
宇宙威脅:太空垃圾的危害
隨著人類航天活動(dòng)的日益頻繁和空間碎片的持續(xù)累積,太空這片曾經(jīng)被視為無(wú)限遼闊的領(lǐng)域,正悄然變得日益“擁擠”。航天器穿梭其間,不僅要面對(duì)復(fù)雜的太空環(huán)境,還不得不警惕那些太空垃圾。這些太空垃圾如果與正在正常運(yùn)行的衛(wèi)星或飛船發(fā)生碰撞,很有可能造成它們的損毀,若是遇到載人飛船,還會(huì)威脅到航天員們的生命造成嚴(yán)重后果。當(dāng)前,低地軌道(LEO)區(qū)域充斥著大量的空間碎片,數(shù)量達(dá)到數(shù)百萬(wàn)個(gè),這些碎片的運(yùn)動(dòng)速度極快,能達(dá)到每小時(shí)29000公里,大約是子彈速度的七倍,鑒于此,即便是微小的空間碎片也具備足夠的動(dòng)能穿透航天員的太空服,或?qū)πl(wèi)星的太陽(yáng)能電池板以及電子組件造成破壞。
雖然根據(jù)歐洲航天局(ESA)提供的數(shù)據(jù),在地球上生活的人類被太空垃圾致傷的風(fēng)險(xiǎn)不到一千億分之一,概率遠(yuǎn)低于贏得大型彩票頭獎(jiǎng)的幾率,但太空垃圾可能產(chǎn)生的危害仍然值得關(guān)注。
太空垃圾與航天器相撞
太空清潔行動(dòng):如何拯救我們的星際家園
對(duì)于太空垃圾現(xiàn)在一共有四種方法:規(guī)避、預(yù)防、防護(hù)和清理。
規(guī)避是利用高科技的軌道監(jiān)測(cè)技術(shù),提前知道太空垃圾的位置,讓我們的航天器繞道而行,盡量避免撞上他們。預(yù)防是為衛(wèi)星設(shè)置壽命末期離軌措施,在衛(wèi)星進(jìn)入壽命末期時(shí),衛(wèi)星的姿態(tài)軌道發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)啟動(dòng),將衛(wèi)星主動(dòng)降低軌道,使它更快地進(jìn)入大氣層,這樣就可以減少太空垃圾的產(chǎn)生。對(duì)于那些在地球同步軌道上的衛(wèi)星,可以把他們送到“墓地”軌道,同樣也可以起到減少常用軌道上太空垃圾的效果。防護(hù)就是通過(guò)給航天器穿上鋁板、高強(qiáng)度復(fù)合材料等“防彈衣”,來(lái)抵擋太空垃圾的撞擊。清理就是將垃圾拉到大氣層,讓它們被燒毀,或者將太空垃圾的軌道抬高到不常用的軌道高度上。
將太空垃圾拖到大氣層燒毀或拖到“墓地軌道”
2016年6月25日,中國(guó)的“長(zhǎng)征七號(hào)”火箭首飛成功,將7個(gè)載荷成功送入太空,其中一個(gè)就是“遨龍一號(hào)”空間碎片主動(dòng)清理飛行器。它就像是一個(gè)太空清潔工,運(yùn)用自己身上的機(jī)械手臂抓取周圍的太空垃圾,來(lái)達(dá)到清理的目的。
激光技術(shù)是目前被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。在清理太空垃圾的時(shí)候,激光可以像魔法棒一樣,輕輕地推一下太空垃圾,改變它們飛行的路線,讓它們不會(huì)撞到重要的太空設(shè)備。也可以用激光對(duì)準(zhǔn)太空垃圾,讓激光的熱量把垃圾燒掉或者熔化。但是,使用激光清理太空垃圾也有一些難題,比如要非常精準(zhǔn)地控制激光的方向和強(qiáng)度,還要小心激光可能被太空垃圾反彈回來(lái)。
激光清理太空垃圾
除了激光技術(shù),還用一種叫做電磁防護(hù)的技術(shù)也可以清理太空垃圾。它可以利用電磁場(chǎng)來(lái)改變太空碎片的飛行路線。就像我們?cè)诖盆F旁邊放個(gè)小鐵片,鐵皮會(huì)被吸過(guò)去一樣,電磁防護(hù)也是利用類似原理,只不過(guò)是在太空里,用電磁場(chǎng)來(lái)吸引鐵皮,改變它的方向,甚至還能把它“關(guān)”起來(lái),送到安全的地方去。然而這種技術(shù)由于成本高、復(fù)雜度高,想要全面應(yīng)用還是有很大的困難。
此外,一些科學(xué)家還從我們?nèi)粘I钪械臐O網(wǎng)捕魚(yú)中得到靈感,想出來(lái)一個(gè)特別的方法來(lái)清理太空中的垃圾——飛網(wǎng)捕獲。這個(gè)飛網(wǎng)的特別之處在于它的結(jié)構(gòu)很稀疏,張開(kāi)后只需很少的材料就可以覆蓋很大一片空間。一個(gè)只有3千克重的飛網(wǎng),展開(kāi)后的面積將近一千平方米,這樣的設(shè)計(jì)讓飛網(wǎng)在太空中捕獲那些衛(wèi)星和大塊的空間碎片時(shí),不需要很高的精確度。而且在使用飛網(wǎng)的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生更多的碎片,提高了安全性。
太空垃圾可能會(huì)對(duì)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星和其他太空資產(chǎn)構(gòu)成威脅,增加太空任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn),因此更應(yīng)從源頭控制,提升航天技術(shù)可持續(xù)性,使用環(huán)保材料,加強(qiáng)監(jiān)控,及時(shí)清理失效設(shè)備。太空是全人類的共同財(cái)產(chǎn),保護(hù)太空環(huán)境需要各個(gè)國(guó)家之間共同努力與合作。
部分信息來(lái)源于人民網(wǎng)、央視網(wǎng)、國(guó)際在線等
(科學(xué)性審核:尹銳,中國(guó)載人航天工程航天員系統(tǒng)副總指揮)
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