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太空垃圾多"撞晕"卫星需制定"太空交规"

时间:2015-10-09  来源:新华网   发布:高端装备网 

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  太空本是广袤无垠的空间,却由于人类活动频繁而日益拥挤。科学家们担心,数目庞大的太空垃圾威胁各种宇宙探索活动,可能令人类彻底失去地球同步卫星轨道。

 

  “撞晕”卫星

 

  太空垃圾是人类空间活动产生的空间碎片,包括完成任务的火箭箭体、卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体碰撞产生的碎块等等,是空间环境的主要污染源。空间碎片是航天器和卫星的“天敌”,即使轻微碰撞,也会造成重大损坏。一块仅有阿司匹林药片大的空间碎片也能将人造卫星撞成“残废”。

  

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图:太空垃圾就是空间碎片

 

  两年前,厄瓜多尔唯一一枚卫星“飞马座”就猝不及防撞上苏联火箭残骸,虽然没有脱离原先轨道,但太阳能电池板受损。 厄瓜多尔航天局的官方微博客发布消息说,卫星天线“无法定向”,“围绕两根轴狂转””,被“撞晕”了。

 

  自1957年第一颗人造卫星升空以来,人类已向太空发射了5000多颗各类航天器,其中很大一部分已成为太空垃圾在近地轨道上飘荡。目前,地面上能观测到并记录在案的空间碎片约有4000多万个,形成约3000吨太空垃圾,仍在逐年增加。可观测到的最大碎片与一辆公共汽车相当,最小的与一个垒球相当。

 

  规避空间碎片几乎成为各种航天器、卫星和国际空间站的“规定动作”。国际空间站去年多次调整飞行轨道和高度,最频繁时在3周内两次调整轨道,躲避空间碎片。

  

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图:为规避太空垃圾,国际空间站时常改变飞行姿态

 

  为避免遭到空间碎片的“袭击”,美国现有的航天飞机体积都较小,执行任务时飞行时间也大大减少,只有几天至十几天。即使这样,它们也曾多次因为躲避太空垃圾残片而改变了飞行姿态。

 

  “自我繁殖”的垃圾

 

  一旦遭太空垃圾撞击报废,航天器就变成新的太空垃圾。这种“自我繁殖”的特点严重污染地球同步卫星轨道。

 

  目前地球同步轨道的太空垃圾污染非常严重。地球同步卫星轨道距地面约3.6万公里,在轨卫星相对于地面是静止的,通常属于通信卫星。鉴于现代卫星的功能复杂而高度集成,损失任何一颗卫星都会带来巨大问题。

 

  在轨航天器与太空垃圾相撞的可能性正在增加。此前,航天器与1厘米见方的太空垃圾相撞的频率约为5年一次,现已提高到每1年半至2年一次。波波金夫警告,如果不解决太空垃圾问题,人类可能在未来20年内失去地球同步卫星轨道。

  

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图:太空垃圾污染地球同步轨道

 

  距地球2000公里的近地轨道情况也不容乐观。即使不再发射任何航天器,现有航天器老化、报废和毁坏也会导致太空垃圾“自我繁殖”。

 

  美国国家航空航天局顾问唐纳德·凯斯勒早就提出著名的“凯斯勒症候群”概念。设想有一天近地轨道上的垃圾实在太多了,以至于人造卫星和航天器经常被撞击,由此产生更多的太空垃圾。最后,发射新的太空器都几近不可能,因为一发射上去就会被撞坏。

 

  技术解决刚起步

 

  太空垃圾隐患巨大,各国都尝试解决,却没有立时可行的方案。

 

  瑞士航天中心开展的清除太空垃圾计划希望通过技术手段“回收”太空垃圾,正在研发一种超快仿生手臂。按照该计划,把这种特制的机械手臂安装在卫星上,捕捉并回收航天器碎片,最后带着它们一起冲入大气层焚烧殆尽。这种机械手臂的特点是“超快”:能在0.05秒内抓住各种不规则形状的抛掷物。

 

  这种太空垃圾清扫卫星预计需要3至5年时间达到实用水平,首颗卫星的研发及发射费用共计约1000万瑞士法郎(约合1092万美元)。

  

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图:研制中的仿生手臂捕捉太空垃圾的示意图

 

  近年来发射升空的微型卫星也为治理太空垃圾提供了新思路。这类微型卫星是“立方体卫星”家族成员,单元尺寸为长、宽、高各10厘米,每个单元质量不超过1.33千克,能够有效缓解太空的拥堵情况。

 

  “太空交规”有必要

 

  要真正解决太空垃圾难题,不仅要求助于技术手段,还需要国际社会协同合作,制定统一太空“交规”。除了进行碎片防护、防止太空垃圾导致的碰撞,还应协同各国进行轨道位置的合理有效分配。

 

  随着空间飞行器的增多,轨道位置的分配问题日渐受人关注。一个空间的轨道位置,尤其是地球同步卫星轨道,其实非常有限,需要“国际上进行合作”按需求和可能优化,有必要考虑如何用好当前看来“不太好的轨道位置”,开源节流。

  

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图:清除太空垃圾刻不容缓

 

  为解决太空垃圾难题,目前国际组织订立了几项原则。具体包括:飞行器寿终正寝后,有能力离轨即离开有用轨道,到没用的地方去;对已编号的全部碎片,要进行全程跟踪,目的是让航天飞机、空间站、卫星对较大碎片进行避让;在飞行器设计的时候,应考虑如何针对小碎片碰撞进行有效防护等问题。

 

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