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    2. 太空垃圾……也要分類了?
      發布時間:2019-08-15
      出品:科普中國
      制作:中國宇航出版有限責任公司
      監制:中國科學院計算機網絡信息中心

        最近,在街頭巷尾、地鐵、朋友圈,人們談論最多的話題就是垃圾分類!“垃圾分類”已然成為了這個夏天比天氣還熱的話題!在網上各種段子也是層出不窮,其中有一個分類方法很形象: 

        “豬能吃的叫濕垃圾,豬都不吃的叫干垃圾,豬吃了會死的叫有害垃圾,可以賣出去換豬的叫可回收垃圾。” 

        雖然這個總結不完全正確,但不得不佩服廣大網友們的聰明才智!那么你聽說過太空垃圾嗎?本文就來說說關于太空垃圾的那些事。 

          

        太空垃圾從何來? 

        太空中沒有工廠和建筑物,又鮮有人類能到達太空,那么,太空垃圾從何而來?難道是航天員在太空工作和生活時扔掉的嗎? 

      在國際空間站中工作和生活的航天員(圖片來源:NASA 

          

        航天員當然不會故意往太空中扔垃圾,他們在軌工作期間產生的垃圾,一般都會進行專門的處理和回收。事實上,太空垃圾是指繞著地球軌道運行,但不具備任何用途的各種人造物體。它們主要有以下幾種: 

        首先,是失效的航天器。例如,一些衛星在完成使命后,如果能通過技術手段使其進入“墳墓軌道”(“墳墓軌道位于地球同步軌道平均高度350km以上,是用來儲存廢棄航天器的軌道)或進入大氣層燒毀就比較完美。但如果沒有采取離軌等措施,它就將成為滯留在軌道上的太空垃圾,這種太空垃圾往往也是最大的太空垃圾。 

      在軌運行的各類航天器(圖片來源:中國航天科普網) 

          

        其次,是火箭末級。將衛星送入軌道的火箭末級,在完成星箭分離后,一般會漂浮在軌道上。這時還存在著一個更大的安全隱患,火箭末級雖已完成任務,但箭上的推進劑、高壓氣、電池一般都尚未用盡,這些東西隨時都可能引發火箭爆炸,變成更多的太空垃圾 

        所以負責任的航天大國,包括中國在內,都會對火箭末級進行鈍化處理,即在火箭末級完成任務后,通過技術手段泄出末級火箭推進劑、斷開電路,從而避免火箭末級發生爆炸事故。 

      火箭末級與衛星分離(圖片來源:https://yandex.ru/images/ 

          

        再者,是發生爆炸或出現碰撞事故的失效或仍在工作的航天器航天器發生爆炸或出現碰撞事故會產生尺寸更小、數量更多的太空垃圾。199112月底,俄羅斯一顆失效衛星宇宙1934號撞上了本國另一顆衛星宇宙926號釋放出大量碎片,前者一分為二,后者零碎到無法跟蹤。這些碎片都是太空垃圾。 

      太空交通事故示意圖(圖片來源:中國航天科普網) 

          

        此外,航天器上脫落的部件、油漆片,甚至是航天員出艙活動時不小心弄丟的工具,也都屬于太空垃圾。 

          

        太空垃圾是按大小分類的 

        與日常生活中的垃圾有干、濕、可回收、有害等分類一樣,太空垃圾也有分類。不過不要擔心,太空垃圾的分類方法并不難。下面的文字保你瞬間get太空垃圾的分類方法。 

        太空垃圾是按尺寸劃分的,大于10厘米的一般被稱作大碎片;尺寸在1~10厘米之間的是危險碎片;尺寸小于1厘米的被稱為小碎片。 

        太空垃圾有哪些危害? 

        那么問題來了,這些碎片如果與航天器相撞,會對航天器產生不同程度的傷害,其中,哪種尺寸的碎片對航天器的威脅最大?又是為什么呢? 


      空間環境中存在著各種尺寸的太空垃圾(圖片來源:https://yandex.ru/images/ 

          

        機智的小伙伴們從名字判斷就能猜到是110厘米之間的危險碎片。那么,這個大小的空間碎片究竟有何危險呢?  

        大于10厘米的碎片,雖然破壞力最大,但它易于被地面跟蹤和監測,正在工作的航天器可以根據監測數據采取規避措施。小于1厘米的碎片雖然無法對它進行跟蹤和監測,但它的破壞力也有限。尺寸在1-10厘米的碎片,不僅無法被跟蹤和監測,而且產生的破壞力還足夠大,所以這個尺寸的碎片對航天器的威脅最大 


      用來監測空間碎片的探測望遠鏡(圖片來源:中國航天科普網) 

          

        太空垃圾處理不當可能損失巨大 

        據今年1月份歐空局的調查數據顯示,太空中的大碎片已有約3.4萬個,危險碎片更是高達約90萬個,小碎片可能有幾千萬個。并且,這個數量還在不斷增長的過程中。 


      近地空間上的空間碎片分布(圖片來源:中國航天科普網) 

          

        一方面,這些太空垃圾在軌道上肆意地游走占用著軌道資源。另一方面,由于太空垃圾的運行速度極快,幾厘米大小的空間碎片,其撞擊效果就相當于130千米/小時疾駛的小汽車的撞擊效果。它們若與航天器相撞,會釋放出巨大的能量,威脅航天器的安全。到目前為止,已經發生過多起因太空垃圾而引發的事故。 


      被空間碎片“攻擊”過的和平號空間站太陽能電池板(圖片來源:中國航天科普網) 

          

        19967月,法國櫻桃通信衛星被多年前發射的阿麗亞娜運載火箭入軌時產生的一枚碎片擊中,衛星主體雖然沒有受到損傷,卻導致一個觀測裝置受損,衛星無法正常運行。 

        2009211日,美國通信衛星銥星33號與已經報廢多年的俄羅斯衛星宇宙2251號在西伯利亞上空發生激烈碰撞,這是人類歷史上首次衛星相撞的重大事故。此外,航天飛機的擋風玻璃和外殼上的設備都曾受到過太空垃圾的“攻擊”,國際空間站為了躲避太空垃圾的威脅也曾調整軌道。 

      航天飛機舷窗被碎片撞擊的痕跡(圖片來源:NASA 

          

        如果對太空垃圾置之不理,任由其無節制地增加,那么太空軌道資源很可能會因為太空垃圾的污染而減少甚至枯竭。最后,航天器們很可能會面臨“無路可走”的窘境。 

          

        “太空吸塵器”和“漁網”齊出動清理太空垃圾 

        為了避免太空垃圾帶來的危害,各個國家也是“絞盡腦汁”地想辦法。近年來,更是奇招、妙招頻出。 

        2016625日,我國的長征七號火箭成功首飛,當時帶了7個有效載荷,其中有一個很特殊,就是用來清理太空垃圾的遨龍一號空間碎片主動清理飛行器。這種飛行器在接近太空垃圾后,會利用自身安裝的機械臂對太空垃圾進行抓取。之后,會將太空垃圾攜帶進“墳墓軌道”或很快墜入大氣層焚毀的軌道釋放,完成太空垃圾的清理。 

        另外,歐洲曾試驗過綜合使用“網式”和“魚叉式”捕捉太空垃圾的技術。美國曾提出過用地面強激光來清理太空垃圾的方法。此外,還有很多國家在嘗試和試驗清理太空垃圾的新方法。  


      漁網式捕獲太空垃圾(圖片來源:https://yandex.ru/images/ 

          

        未來,為了應對和解決太空垃圾帶來的危害,一方面還需各個國家在發射航天器時就盡量做好航天器的善后工作,使其在完成使命后進入“墳墓軌道”或墜入大氣層燒毀。 

        另一方面,還需研制太空垃圾清理的新技術。高效、安全、低成本地對太空垃圾進行行之有效的清理,這樣才能保證未來航天活動的順利進行。 

        日常生活中的垃圾分類是為了保護環境,而清理太空垃圾是為了維護空間安全,二者看似聯系不大,但殊途同歸,都是為了人類更好的生存和發展。對于清理太空垃圾,我們普通人可能幫不上什么忙,但生活垃圾分類是我們力所能及的,畢竟,保護地球我們責無旁貸。 

          

        參考文獻: 

        [1]    顧逸東.探秘太空——淺析空間資源開發與利用[M].北京:中國宇航出版社,2011. 

        [2]    錢衛平、吳斌.碧空天鏈——探究測控通信與搜索救援[M].北京:中國宇航出版社,2011. 

        [3]    央視網.http://www.cctv.com/ 

        [4]    中國航天科普網.http://www.spacemore.com.cn/ 

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