太空成为人类最大垃圾场!上亿垃圾包围地球,人类该如何继续探索
科普Room 2021.11.23 1390 0
11月15日UTC(协调世界时)时间凌晨2点(比北京时间晚8个小时),俄罗斯疑似在普列谢茨克发射场进行了一次未经通报的军事发射,他们用A235(北约命名为PL-19Nudol)反导导弹,向外太空发射,把一颗在450公里高度运行的报废间谍卫星“宇宙-1408”打个粉碎,北美防空司令部确认,数小时内已产生1500块“可以跟踪”的空间碎片。美国航空航天局局长尼尔森在一份声明中声称,试验造成的卫星碎片可能会同时对国际空间站和中国空间站造成威胁。
但空间站要避免的碎片远远不止这1500片,目前全世界约有2000多颗在轨卫星,但却存在3000多颗已经报废的卫星,1.7亿个小碎片(长度小于1厘米),超过3万个大碎片(长度大于10厘米),超过90万个危险碎片(长度在1到10厘米),宇宙已经成为人类最大的垃圾场地。
这些碎片有个总称叫太空垃圾,其中包括了以下几种。
太空垃圾分类
第一个是失效航空器,最长的通讯卫星寿命在10到15年间,一旦使用年限到了,其中一些卫星会通过技术手段进入“坟墓轨道”,这是用来储存废弃航天器的轨道,也就是与地球同步的轨道,或者进入地球大气层烧毁,另一部分就会成为太空垃圾。
第二个是火箭末级,将火箭送入太空后会漂浮在轨道上,但它其中的燃气并未用完,随时可能发生爆炸,爆炸后会产生更多的碎片。
第三个是航天器上掉落的部件、航天员的排泄物、宇航员出舱时遗落的工具等。1965年美国宇航员埃迪·怀特在太空遗失了一只手套,2007年美国宇航员苏妮·威廉姆斯遗失了一个相机,2008年宇航员派博在修复传送装置时遗失一个工具包。
这些太空垃圾中只有极少数会掉落在地球上,但好在到目前为止还没有出现过太空垃圾掉落击中房屋或人的事件,大部分掉落的太空垃圾会坠入大海里,但这并不意味着不存在危险。1978年1月24日,苏联“宇宙-954”号卫星发生故障,核反应堆阶段没能安全分离而坠落,没有燃烧完全带有放射性的卫星碎片掉落在加拿大西部地区境内的无人区,造成接近600公里的严重污染带。
这些会掉落在地球上的太空垃圾主要是来自近地轨道,还有一部分不会掉落在地球上的存在于地球同步轨道上。
太空垃圾分布位置
大部分太空垃圾分布在低于500公里的近地轨道,飞行速度一般在每秒7-8公米以上,这个速度是狙击步枪子弹的7倍,但好在这里还有稀薄的空气阻力将它们慢慢的拖到地球大气中烧毁,大气层销毁了99%的太空垃圾、陨石等,保证了我们的安全。
但剩余分布在3.6万公里以上,与地球同步轨道的太空垃圾,基本上很难被销毁,飞行速度一般在每秒3公里,这一高度也是航天器的运行高度,如果一块10克的太空垃圾撞上卫星,仅需1.5秒就能打穿或击毁卫星,相当于两辆速度每小时100公里的小汽车相撞。由于这里完全没有空气阻力,所以处于这一轨道的太空垃圾在千年,甚至万年后都难以消失。
但地球同步轨道是不可代替的稀缺资源轨道,而且国际原则是哪个国家先发射通讯卫星就先占住资源,于是全世界都在抢发这个轨道的卫星,但目前已经严重受到太空垃圾的影响。2021年3月下旬,美国已经退役8年的NOAA-17号气象卫星和中国云海一号02星先后发现不明原因解体,产生了数百块碎片,后来有人猜测是太空垃圾碎片击中两个卫星导致解体。
而如今这个结果早在1978年就被美国科学家唐纳德·凯斯勒预测到,他在当时提出一个理论——“凯斯勒综合征”,理论指出当太空垃圾过多时,只要有一颗卫星偏离轨道或者遭到撞击,就会引起连锁反应,大量卫星接二连三遭到碰撞,产生更多的太空垃圾,最终对国际空间站、在轨运行航天器等造成威胁。而这个理论在如今看来是越来越接近了。我们又有什么办法来清理这些太空垃圾?
如何清理太空垃圾
第一,采用再一次航天发射的方式将很多碎片推进装置安装到废弃的大型卫星上,然后推进大气中销毁,或者安装太阳能反射帆,利用太阳风将碎片们吹离轨道进而吹进大气中。
第二,直接捕获太空垃圾。如美国在1984年发射的STS-41-B的航天飞机,在执行任务时因火箭的上级未能正常工作,导致两颗卫星成为太空垃圾,在同年的11月,STS-51-A在完成任务返回地球前飞到这两颗卫星旁,由宇航员使用载人机动系统将两个卫星抓住并装入航天飞机中带回地球,其中一个卫星还变废为宝成为后来的“亚洲一号”卫星。
第三,撒网捕捞,就是将卫星捕获在一起然后返回大气中销毁。
但以上三种方法只是针对近地轨道的太空垃圾,如果是地球同步轨道就毫无办法,因为移除这么高的太空垃圾所需的价钱和技术都难以想象,但如果不移除,就会阻碍航天事业的发展,所以最好的办法就是从一开始就杜绝卫星成为太空垃圾的可能。在设计卫星和火箭时,留有一定的燃料余量,当它们退役时,利用最后的燃料作为动力将自己推离地球同步轨道进入深空,如果在近地轨道则推入大气直接销毁。
结语
目前成为碎片的“宇宙-1408”和两个空间站的高度和倾角不同,短期内碰撞的几率较低,但碎片会随着时间的推移在轨道上扩张并下降,只需2到3年,就会下降到与国际空间站同一水平,4到5年,就会下降到与中国空间站同一高度,那时将可能发生碰撞的风险。如今太空碎片和航天器的碰撞几率也从之前每5-10年就会发生一次减少到到2020年每2年发生一次。虽然目前已经有针对太空垃圾的对策,但毕竟不是长久之计,太空垃圾也在告诫我们,造成垃圾和污染很简单,但如果想要将环境恢复如初确是难于上青天。
本文转载自互联网,如有侵权,联系删除