若人类不能制止太空垃圾也会泛滥成灾了,请爱护我们的宇宙!

文章作者:bianji3 | 2018-09-03
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  出于某种奇怪的本能,人类偏爱在所到之处留下痕迹。百万年地貌被无情踩踏、最美自然景点垃圾成山等报道比比皆是。但你以为只有我们居住的地球空间才会出现这些情况吗?实际上,有此“特长”的人类同样没有放过浩瀚的宇宙。只是当我们意识到这个问题时,太空垃圾也已经泛滥成灾了。对此有人还戏谑道,未来最浪漫的事可能是陪你去看太空垃圾雨。

调侃归调侃,在太空中,仅是几毫米的碎片就可能摧毁数十亿打造的卫星。

  科学家发现,不少太空碎片只要互相碰撞一次,就可能产生成千上万个失控的高速碎片。它们不仅可能会中断卫星通信,也会将未来的宇航员和卫星置于危险之中。最终,这样会使导致日常的通讯、定位等服务失效。如今,各国的科学家想方设法解决这一难题,中国更是独领风骚。不过,先污染后治理的老路总归是困难重重,任重而道远。

说起太空垃圾,我们第一时间想到的可能就是那些从太空坠落的人造飞行物残骸。

  但实际上,它涵盖的范围非常之广。不光是废弃的卫星、报废的火箭助推器,还有宇航员作业时留下的航天服、工具铲、老虎钳、相机、牙刷、铅笔等;比如1982年苏联宇航员列勃捷夫在太空行走前,就不小心让舱里的螺栓、垫圈还有一支铅笔被吸出到太空,成为致命的垃圾。

在太空飘逸的热毯

  不过,太空垃圾的主力军是世界各国发射的运载火箭、卫星等航天器。完成任务后,它们有的很快进入大气层烧毁,有的则长久停留在轨道上,变成太空垃圾。甚至还可能会直接坠落到地球,危及人类以及生存环境的安全。比如1997年,一名女子被一枚从天而降,长6英寸的金属撞中肩部。这也是迄今为止唯一发生过的一起伤人事件。但没有造成伤亡的坠落情况并不罕见。

宇宙954

  其中,太空垃圾坠落产生的最大危害当属著名的“宇宙954”事件。1978年1月24日,一颗苏联核动力卫星回收时失控后从天而降,坠落到加拿大西北部地区。当时它携带30千克浓缩铀核燃料,足以生产3枚核弹头,被媒体形容为从天而降的核灾难。这些具有高放射性的碎片在18000平方英里的范围内散落,引发民众的强烈恐慌。好就好在并没有危及人身安全,但加拿大还是花费1400万美元清除污染,并获得苏联赔偿。

  一般说来,太空垃圾坠地的数量与航天发射的频率成正比,发射次数越多,火箭助推器和报废卫星落下的也越多。也就是说,谁也不能保证某一天坠落的碎片不会砸到人类身上。早在1972年联合国制定的《空间物体所造成损害的国际责任公约》,万一有人或者建筑不幸被碎片击中,受害人还可以向卫星的所有者提出索赔。

在秘鲁发现的陨石,其实是太空垃圾

  不过,说句实在话,目前带来最大危害还是停留在地球轨道上运行的太空垃圾。据2017年欧洲宇航局的数据表示,在地球轨道中超过10厘米大小的碎片约有2.9万个,介于1厘米至10厘米的碎片达75万个,1毫米至1厘米的碎片已达1.66亿个。

  如果你认为这些以厘米计算的碎片不足以危害的话,那你就大错特错了。美国宇航局估计,这些碎片大多数以每小时2万公里的速度绕地球运动。这个速度可是相当于我们普通客机的70到80倍。

它们就像是马路上随意乱开的汽车一样漂浮在太空轨道上。

  不经过追踪,你无法知道它们什么时候停住,何时会突然进行变线等等。由于它的相对速度较大,小到几毫米的油漆斑点都足以给人造卫星或者载人飞船造成致命损伤。可以说,这些看似不起眼的碎片是宇宙交通事故最大的潜在“肇事者”。

  自人类航天史发展以来,它们造成的事故也是不在少数。1991年12月,俄罗斯已废弃的人造卫星“宇宙1934”与飞船“宇宙926”释放出的一大块物体相撞,旋即发生爆炸。2013年3月,俄罗斯卫星与一小块中国卫星被击毁之后产生的碎片相撞,再次在太空中发生爆炸。

  类似地事件并不罕见,随着太空垃圾所占的轨道空间一直扩大,碰撞发生的可能性也不断增加。早在1978年,美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒提出的一种理论假设。该假设认为当近地轨道的航天器密度达到一定程度时,它们会产生碰撞,形成碎片,进而形成更多碰撞,更多碎片……这样下去,最坏的结果便是导致近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖。

图目前太空垃圾全球分布图,红色的就是地球静止轨道上的正常工作卫星

  要知道,这些可能被撞毁的卫星可是用来输送信号、追踪天气,个人行踪等改变我们生活方式的。一旦太空中没有它们存在的空间,人类生存方式极有可能迎来大倒退。由于失去能够安全运行的轨道,雄心勃勃的太空探索发射计划将寸步难行。

航天器变轨以规避碎片

  如今,各国科学家只能藉由操纵轨道,采取躲的方式来避免与碎片相撞。但随着太空垃圾的问题愈发严峻,再不及时清理也必将后患无穷。因此,全世界的航天界都在研制各种方法来清除回收太空碎片。比如用高强度纤维编织的空垃圾网拦截太空碎片;又或是将太空垃圾送到更高的空间轨道等方法。其中,比较有意思的是那些从动物身上获得的点子。

  2017年8月,美国斯坦福大学的科学家就受壁虎启发,研制一种能抓住太空漂浮物体的机械抓手。这项成果发表在美国《科学·机器人学》杂志,并受到了广泛的关注。现实中,我们经常看到壁虎能在墙壁、天花板等光滑的平面上迅速爬行。这一项技能实则得益于它脚下布满了细微的皮瓣和毛发等。这些物质能使壁虎在跟任何表面完全接触时,都会产生非常大的吸附力,使自身粘附在上面。利用类似的原理,研究者便研发出一块仿壁虎材料,并将两块材料组合成一个抓手。

  通过在实验室、零重力环境下的测试表明,这种“壁虎抓手”不仅能抓取并操作重达370千克的大物体,也能抓取并操作质量不到300克的小物件。这也意味着,它能抓取不同形状、大小以及材料的太空垃圾。 但为了保险起见,它仍在进行改进,并运往国际空间站进一步测试使用。

除了壁虎的构造以外,科学家也参造了鸟类的飞翔特性。

  他们想到给太空垃圾插上“翅膀”,让它们自己飞回地球。2010年3月,英国科学家就设计了一种“立方帆”,来对付较大体积的太空垃圾。在立方帆的内部,安装有一张折叠起来的聚合膜。当它发射到太空之后,这张膜面积可达25平方米就会张开。

立方帆

  当立方帆附近出现太空碎片时,地面人员就会发出指令,小型动力装置就会开启,靠近太空碎片进行“对接”工作,使立方帆自身与碎片结合为一体。之后,立方帆会利用地球高空的稀薄空气来带着报废的卫星“飞”离轨道。虽说地球轨道上的空气分子密度极低,但却足以能让立方帆缓缓减速,降低轨道。这样就能使得太空垃圾能在比短时间内坠入大气层进行自动烧毁。

  值得一提的是,立方帆的投资大约100万欧元左右。一旦研发成功,它可以说是处理太空垃圾的方法性价比最高的,大大降低了太空垃圾处理的成本。此外,还有科学家提出向太空中发射3000米宽“渔网”,企图将太空垃圾撞离轨道。甚至有科学家想出这样有趣的想法:将气球送上太空,用一阵狂风将碎片吹得向大气层猛冲。

除了清理碎片之外,航天界还应从源头上控制垃圾。

  随着空间飞行器的增多,地球同步卫星轨道位置的分配问题也越发受人关注。因此,协同各国进行轨道位置的合理有效分配就显得格外重要。它需要国际上进行协同合作,按需求和可能予以优化空间轨道的安排等。

  与此同时,国际组织初步订立了相关的“太空交规”。比如对已碎片进行编号,用定位进行全程跟踪等规避碰撞的方法。而在对待太空垃圾的问题上,我们国家也承担起了一个大国的责任。2000年,我国就启动了“空间碎片行动计划”,对太空垃圾进行监控和主动处理。

  2015年,中国国家航天局空间碎片监测与应用中心正式成立。同时,中国政府也利用先进技术尽可能减少空间碎片的产生。我国的航天科研人员就对在役长征系列运载火箭实施了末级钝化处理。经过钝化处理过后,卫星被撞后也不会发生爆炸,从而避免产生更多的碎片。

  值得一提的是,中国在清理太空垃圾领域的实践中可以算是独领风骚。2016年发射的“遨龙一号”装载了一台机械臂,就能准确地抓住速度超高的碎片。它是世界上第一个主动的轨道碎片离轨清除试验项目。不过,这厉害的技能却被美国认为是发展太空武器,认为有抓走别国卫星的可能,以此强烈谴责中国。

图:遨龙一号所使用的机械臂

  种种迹象表明,太空垃圾涉及的问题更为复杂,丝毫不亚于我们地球上大气与水体污染。看来,光是不断完善环境法以及道德约束还不够,人类还真得将环境保护意识拓宽到全宇宙,世界才能重新变得安全且清洁。不然未来,乱扔垃圾只是丢人,乱扔太空垃圾可能丢的就是命根子了。

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