[科普中國(guó)]-可惡的太空垃圾

太空垃圾（space debris或space junk），是指在繞地球軌道上運(yùn)行，但不具備任何用途的各種人造物體。這些物體小到固態(tài)火箭的燃燒殘?jiān)蟮皆诎l(fā)射后被遺棄的多級(jí)火箭。構(gòu)成這些碎片的東西是，廢棄的航天器和報(bào)廢衛(wèi)星，火箭外包裝，碰撞和對(duì)接期間產(chǎn)生的金屬片，螺母和螺栓，不慎丟棄的工具，大塊冰凍火箭燃料，以及從載人飛船上扔下的宇航員排泄物。1965年，在美國(guó)宇航員第一次太空行走期間，“雙子星4”號(hào)飛船宇航員埃德華·懷特丟失了一幅手套。在隨后一個(gè)月中，手套以時(shí)速1.75萬(wàn)英里在太空飛行，成為有史以來(lái)最為危險(xiǎn)的服裝用品，直至它幾個(gè)月后在地球大氣層化為灰燼。它們有撞擊其它航天器的風(fēng)險(xiǎn)，某些太空垃圾在返回大氣層時(shí)也會(huì)對(duì)地面安全造成威脅。由于太空垃圾以軌道速度運(yùn)行，若與它們相撞可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞尚在運(yùn)作的航天器，甚至威脅到宇航員在艙外活動(dòng)時(shí)的生命安全。其危害極大。隨著太空探索的推進(jìn)，太空垃圾的數(shù)量逐年遞增，太空垃圾問題開始日益受到關(guān)注。

太空垃圾的名目繁多：大的有已經(jīng)“壽終正寢”，但仍在空間軌道兜圈子的衛(wèi)星、空間站等航天器，被遺棄的運(yùn)載火箭推進(jìn)器殘??；中等有意外爆炸形成的碎片，如1996年6月3日，美國(guó)一枚飛馬座火箭發(fā)生爆炸，共產(chǎn)生了約300000個(gè)危害性碎片；小的有一些零部件，如星箭分離用的爆炸螺栓、衛(wèi)星包帶和彈簧等，還有宇航員“隨地亂扔”的垃圾，比如1965年，在美國(guó)首次太空行走過程中，宇航員愛德華失手丟掉了一只手套（還好，一個(gè)月后，這只時(shí)速近28000公里，人類歷史上殺傷力最大的手套墜入大氣層燒毀）；更多的則是極其微小的空間微粒，如航天器脫落的油漆顆粒等。

航天科學(xué)迅猛發(fā)展，大量人造衛(wèi)星被人類送上天空。僅外界所知，蘇聯(lián)就有3000多顆人造衛(wèi)星在太空遨游，履行著人類賦予的種種使命。始料不及的是，這些代表人類科技進(jìn)步的使者也在日益給人類構(gòu)成危險(xiǎn)。

1、增加了宇宙垃圾
當(dāng)人造衛(wèi)星壽終正寢時(shí)，其殘骸和碎片將充斥天空。已知數(shù)量已達(dá)15000多個(gè)，形成無(wú)法掃除的太空垃圾，對(duì)于正在運(yùn)行的衛(wèi)星構(gòu)成潛在的危害。如1981年7月，蘇聯(lián)宇宙1275號(hào)衛(wèi)星，在發(fā)射后被一個(gè)橫沖直撞的金屬塊擊中被分裂成百余塊碎片。
1983年，美國(guó)航天飛機(jī)“挑戰(zhàn)者”號(hào)與一塊直徑0.2毫米的涂料剝離物相撞，導(dǎo)致舷窗被損，只好停止飛行。前蘇聯(lián)的“禮炮—7”號(hào)軌道站也多次被此類“塵埃”損壞。1986年，“阿麗亞娜”號(hào)火箭進(jìn)入軌道之后不久便爆炸，成為564塊10 厘米大小的殘骸和2300塊小碎片，這枚火箭的殘骸使兩顆日本通信衛(wèi)星“命赴黃泉”！1991年9月15日，美國(guó)發(fā)射的“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)航天飛機(jī)差一點(diǎn)與前蘇聯(lián)的火箭殘骸相撞，當(dāng)時(shí)“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)與這個(gè)“不速之客”僅僅相距2.74千米，幸虧地球上的指揮系統(tǒng)及時(shí)發(fā)來(lái)警告信號(hào)，它才免于喪生。據(jù)計(jì)算，目前太空軌道上每個(gè)飛行物發(fā)生災(zāi)難性碰撞事件的幾率為3.7％，發(fā)生非災(zāi)難性撞擊事件的可能性為20％。以此計(jì)算，今后將每5～10年可能發(fā)生一次太空垃圾與航天器相撞事件，到2020年將達(dá)到2年一次。
NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）憂心忡忡地公布：2005年1月17日，南極上空885公里，發(fā)生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一塊31年前發(fā)射的，美國(guó)雷神火箭推進(jìn)器遺棄物，與中國(guó)6年前發(fā)射的長(zhǎng)征四號(hào)火箭CZ-4碎片相撞。

這是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。

最早提出“太空垃圾”概念的是防空部隊(duì)的值班人員，因?yàn)楸O(jiān)控宇宙空間的部門每天要監(jiān)視5萬(wàn)多個(gè)物體，太空垃圾常令他們迷惑。16年前，加拿大某氣象臺(tái)宣布，發(fā)現(xiàn)了英仙星座附近有星體爆炸。后來(lái)才弄楚，這不過是一顆廢棄人造衛(wèi)星在太陽(yáng)光反射下造成的效果。另?yè)?jù)俄報(bào)載，1987年，曾發(fā)生過因連接器擰不緊，“量子”艙無(wú)法同“和平”號(hào)對(duì)接的情況。當(dāng)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)豐富的地面控制中心認(rèn)為，艙外肯定有物質(zhì)干擾對(duì)接，于是派一個(gè)考察組上去檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)那里有一個(gè)金屬殘片。

20世紀(jì)60年代以前，沒人聽說(shuō)過太空墜落物，但是自1973年以來(lái)，每年有數(shù)百塊太空垃圾墜落地球。但由于其在經(jīng)過大氣層與空氣產(chǎn)生的急劇摩擦使得這些垃圾在未通過大氣層時(shí)就自我燃燒殆盡，在大氣層的保護(hù)下就自我毀滅了。萬(wàn)幸的是，迄今沒有大型的太空垃圾墜向地球，因此也尚未傷人。

美國(guó)東部時(shí)間2009年2月10日上午11時(shí)55分（北京時(shí)間2月11日晚0時(shí)55分），美國(guó)和俄羅斯的兩顆通信衛(wèi)星在太空相撞并產(chǎn)生大量太空垃圾，這極有可能會(huì)對(duì)國(guó)際空間站構(gòu)成威脅。

美國(guó)宇航局（NASA）表示，他們還需要數(shù)周時(shí)間來(lái)判斷此次事故帶來(lái)的破壞程度，目前只是在對(duì)約500塊體積較大的碎片進(jìn)行跟蹤。

根據(jù)其通報(bào)，這次衛(wèi)星相撞發(fā)生地點(diǎn)位于西伯利亞上空790公里，兩顆相撞的衛(wèi)星分別是美國(guó)1997年發(fā)射的一顆銥星，以及俄羅斯1993年發(fā)射的一顆衛(wèi)星。前者是銥星公司運(yùn)行中的66顆通訊衛(wèi)星之一，后者則是一顆報(bào)廢的俄羅斯衛(wèi)星。

這也是人類歷史上首次發(fā)生衛(wèi)星相撞事故。

2、衛(wèi)星墜落，也會(huì)造成意外的人身傷害。

自上世紀(jì)50年代開始進(jìn)軍宇宙以來(lái)，人類已經(jīng)發(fā)射了4千多次航天運(yùn)載火箭。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，太空中現(xiàn)有直徑大于10厘米的碎片9千多個(gè)，大于1.2厘米的有數(shù)十萬(wàn)個(gè)，而漆片和固體推進(jìn)劑塵粒等微小顆?？赡軘?shù)以百萬(wàn)計(jì)。

不要小看這些太空垃圾，由于飛行速度極快（6～7公里/秒），它們都蘊(yùn)藏著巨大的殺傷力，一塊10克重的太空垃圾撞上衛(wèi)星，相當(dāng)于兩輛小汽車以100公里的時(shí)速迎面相撞——衛(wèi)星會(huì)在瞬間被打穿或擊毀！試想，如果撞上的是載人宇宙飛船……

而且人類對(duì)太空垃圾的飛行軌道無(wú)法控制，只能粗略地預(yù)測(cè)。這些垃圾就像高速公路上那些無(wú)人駕駛，隨意亂開的汽車一樣，你不知道它什么時(shí)候剎車，什么時(shí)候變線。它們是宇宙交通事故最大的潛在“肇事者”，對(duì)于宇航員和飛行器來(lái)說(shuō)都是巨大的威脅。

1987年9月，瑞典一位77歲老人柏森在林中，伐樹時(shí)被從天而降的一塊衛(wèi)星碎片擊中手臂，成為世界上第一個(gè)被太空垃圾擊中的不幸者，同時(shí)墜落的核衛(wèi)星還會(huì)導(dǎo)致局部地區(qū)環(huán)境的嚴(yán)重污染。一般墜落到地面的核衛(wèi)星放射性總計(jì)量約為19000到23000居里，已超過國(guó)際允許的標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重后果可想而知。

航天大國(guó)，美國(guó)就先后三次發(fā)生衛(wèi)星墜落事件。幸好是落入大海。核裝置部件未被損壞而及時(shí)收回，才沒有造成多大的危害。

另一個(gè)航天大國(guó)蘇聯(lián)卻沒有這么幸運(yùn)。1977年9月18日，發(fā)射的宇宙954號(hào)核動(dòng)力衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行三個(gè)月后失去控制，墜落在加拿大西北部約6000平方公里的凍土地帶。放射劑量嚴(yán)重超過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，造成大面積污染。

為了減少損失和查明災(zāi)情有美國(guó)，蘇聯(lián)，加拿大三國(guó)組成的搜尋隊(duì)已經(jīng)一年的時(shí)間搜尋碎片。耗資600萬(wàn)美元，事情到此并未了結(jié)，加拿大訴諸國(guó)際法庭，蘇聯(lián)敗訴，像加拿大賠款300萬(wàn)美元。

時(shí)隔十年，又有一顆衛(wèi)星墜落引起了許多國(guó)家的不安，這顆蘇聯(lián)海洋核動(dòng)力偵察衛(wèi)星，于1988年10月底墜落地球。衛(wèi)星上裝有大功率的雷達(dá)，用于探測(cè)全球的水面船只及核潛艇活動(dòng)。按原設(shè)計(jì)，當(dāng)該衛(wèi)星燃料耗盡時(shí)，由地面發(fā)出指令，將其一分為三，在重返大氣層時(shí)，因熱力摩擦而燒毀器和反應(yīng)堆即可推送至800km以上的軌道。用自毀裝置將其炸毀，但是這顆衛(wèi)星的上述兩個(gè)功能都有損壞，完全失去控制。蘇聯(lián)宣布，這顆衛(wèi)星與地面控制中心失去聯(lián)系，尤其是它的核反應(yīng)堆已無(wú)法按既定程序與衛(wèi)星主體分離，很可能造成整體墜落事故，各國(guó)對(duì)此驚恐萬(wàn)分，紛紛采取應(yīng)急措施。英國(guó)國(guó)防部采取一切手段，嚴(yán)密監(jiān)視跟蹤衛(wèi)星，美國(guó)航天局晝夜24小時(shí)。監(jiān)視該衛(wèi)星的運(yùn)行，法國(guó)專門設(shè)置了總統(tǒng)直接領(lǐng)導(dǎo)的機(jī)構(gòu)。一旦該衛(wèi)星落入法國(guó)領(lǐng)土就立即行動(dòng)，50架直升機(jī)隨時(shí)待命。更令人擔(dān)憂的是衛(wèi)星具體掉在何處？只有在其繞地球最后幾圈時(shí)才能確定，人們只能提心吊膽的密切注視著事態(tài)的發(fā)展，幸而該衛(wèi)星在印度洋上空燒毀，核動(dòng)力裝置業(yè)，升入720公里的軌道繼續(xù)運(yùn)行。

怎樣消除這種天外飛來(lái)的橫禍?這是當(dāng)前航天科學(xué)亟待解決的問題之一，盡管沒有多少有效辦法，但航天飛機(jī)的發(fā)射成功，卻為人們開辟一條妙手捉星的途徑。1983年6月1984年9月和11月，美國(guó)航天飛機(jī)已在太空先后捕捉了六顆失效衛(wèi)星，在機(jī)艙內(nèi)應(yīng)急修理后再釋放出去，或帶回地球。這種方法不僅延長(zhǎng)了衛(wèi)星壽命，提高衛(wèi)星的利用率，也為掃除太空垃圾開辟了一條道路。

1、美國(guó)
美國(guó)宇航局提出了一項(xiàng)“清理”近地太空的激進(jìn)方法。美國(guó)密歇根大學(xué)的一個(gè)科研組正在研究一種利用氣體“脈沖”射擊太空碎片的新技術(shù)。這種被提議的新系統(tǒng)名叫太空碎片清除系統(tǒng)，它將通過把大氣氣體脈沖發(fā)射到目標(biāo)碎片必經(jīng)路線上，增加太空垃圾的摩擦力，令其下降墜落到地球大氣層里。

2、英國(guó)

清潔太空一號(hào)衛(wèi)星到2009年1月為止，英國(guó)薩里衛(wèi)星技術(shù)公司（SSTL）的研究人員設(shè)計(jì)一種用于小衛(wèi)星的微型電力推進(jìn)器，可以將衛(wèi)星安全帶回地球大氣層，在空中燒盡，從而避免產(chǎn)生太空垃圾，控制低空軌道的衛(wèi)星擁擠狀況。這項(xiàng)技術(shù)還可以將小衛(wèi)星送到更遠(yuǎn)的太空。

3、中國(guó)

“中國(guó)科學(xué)院空間目標(biāo)與碎片觀測(cè)研究中心”2005年3月初在中科院紫金山天文臺(tái)成立，將為中國(guó)在空間航天領(lǐng)域建起安全預(yù)警系統(tǒng)。

4、日本
在日本本州島岡山縣一臺(tái)遠(yuǎn)程控制雷達(dá)從2011年4月6日起開始工作，該雷達(dá)主要作用是跟蹤太空垃圾的移動(dòng)。這是世界上第一臺(tái)專門用來(lái)跟蹤太空垃圾移動(dòng)的雷達(dá)，該雷達(dá)將由位于日本大阪附近茨城的航天中心進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。

5、瑞士
2012年2月，瑞士科學(xué)家宣布，計(jì)劃研發(fā)猶如家用吸塵機(jī)的裝置，或像水母觸須一樣的打掃衛(wèi)星，為外層空間大掃除，清理廢棄衛(wèi)星及火箭殘骸等太空垃圾。該衛(wèi)星名為“清潔太空一號(hào)”，預(yù)計(jì)造價(jià)1,000萬(wàn)瑞郎（約合人民幣6856.4萬(wàn)元），將于3至5年內(nèi)發(fā)射。新衛(wèi)星第一個(gè)任務(wù)是回收兩枚分別于2009年及2010年發(fā)射的瑞士衛(wèi)星。

四、提高環(huán)保意識(shí)迫在眉睫

1、高爾夫事件

漂移在太空中的各色廢棄物，多年來(lái)已然累積成一片浩瀚的“垃圾海洋”，給航空飛行造成諸多隱患。為此，美國(guó)國(guó)家航空和航天局一向?qū)?guó)際空間站中航空垃圾的產(chǎn)生與處理十分謹(jǐn)慎。然而近日，原本嚴(yán)格的太空垃圾處理原則卻出現(xiàn)松動(dòng)，原因只為一只小小的高爾夫球。

國(guó)際空間站中的廢棄物如何處理，一直是美國(guó)國(guó)家航空和航天局謹(jǐn)慎面對(duì)的難題，任何要丟棄在太空的垃圾都要進(jìn)行嚴(yán)格篩選。不過最近，國(guó)家航空和航天局忽然放寬政策——“打開后門，扔掉就是了”。

原來(lái)，這是國(guó)家航空和航天局給“太空高爾夫”開的“后門”。這樣一來(lái)，也許在不久的將來(lái)，高爾夫球?qū)⒊蔀槊Ｃ！疤绽Ｑ蟆敝械男缕贩N。

“元素21”是加拿大一家高爾夫球桿廠，為了使自己的品牌走向世界，該廠商不惜重金邀請(qǐng)俄羅斯宇航員米哈伊爾·秋林完成“太空一擊”的廣告宣傳。據(jù)英國(guó)《每日電訊報(bào)》報(bào)道，秋林完成太空行走之后，將用該品牌球桿，在太空中揮出這記世上飛行時(shí)間最長(zhǎng)的高爾夫球。

國(guó)家航空和航天局稱，秋林打出的這只高爾夫球會(huì)在太空軌道上飛行3天，然后在墜落大氣層時(shí)燃?xì)?。不過，俄羅斯科學(xué)家認(rèn)為，這只球可能要繞著地球轉(zhuǎn)3年之久。令人寬慰的是，有關(guān)專家已經(jīng)表示，太空垃圾若與空間站相撞并造成損失，需要相當(dāng)于重20噸卡車以每小時(shí)100英里（約161公里）的速度行駛時(shí)產(chǎn)生的能量，這只高爾夫球還不致有如此威力。

2、清掃太空垃圾

太空垃圾大多體積不大，但由于它們的飛行速度極快，約每秒6至7公里，因此對(duì)軌道中的衛(wèi)星和載人航天器的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而一旦發(fā)生衛(wèi)星相撞事故，就有可能摧毀地球的通訊系統(tǒng)。并且相撞可能引起連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生更多的碎片。太空垃圾占據(jù)著近地軌道，也會(huì)影響以后航天器的發(fā)射。

目前焚燒處理是解決太空垃圾的一種方法，另一種辦法是將廢棄的人造衛(wèi)星發(fā)射到一條更高的軌道上，在這條所謂的“公墓軌道”上，運(yùn)行的航天器寥寥無(wú)幾，因此發(fā)生撞擊的可能性也大大降低。

很多國(guó)家也推出清掃太空垃圾的計(jì)劃。瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院洛桑分校日前宣布，準(zhǔn)備發(fā)射人造衛(wèi)星，用以捕捉太空垃圾，并將其帶入地球大氣層焚燒。日本宇航探索局正在和一家擁有百年歷史的制網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行合作，計(jì)劃兩年內(nèi)織就一張巨大的“太空漁網(wǎng)”，用于“打撈”漂浮在地球軌道中的太空垃圾。美國(guó)航空航天制造商洛克希德·馬丁公司推出“太空籬笆”計(jì)劃，預(yù)計(jì)于2015年投入首次運(yùn)行，追蹤太空中漂浮的垃圾。但由于清除太空碎片的措施實(shí)行起來(lái)十分困難，而且成本昂貴，這些成本比衛(wèi)星被碎片撞擊后造成的經(jīng)濟(jì)損失還要大得多，因此眼下防范太空垃圾還是以“躲”為主，或者等待它們自己進(jìn)入大氣層燒毀。

消除太空垃圾，還需要各國(guó)更多的努力。不斷完善國(guó)際法，增強(qiáng)國(guó)際法的執(zhí)行力，在日益嚴(yán)峻的形勢(shì)下是非常必要的，這樣太空才能逐漸變得清潔而且安全。