你与皓月繁星之间,隔着一个天大的垃圾场
发布时间:2020-07-02
1eec3ac13899b9e45e369d80fc46021.jpg

深夜仰望星空,你可能意识不到,自己的视线穿过了一个巨大的垃圾场,那里有上亿片太空垃圾,正以7-8公里/秒的速度绕地飞行。

好莱坞大片《地心引力》曾描绘过这样一个故事,美国航天飞机上的几名宇航员,在维修哈勃望远镜时突然遭遇大量太空垃圾袭击,航天飞机被撞毁后,只有1名航天员凭借中国的神舟飞船侥幸逃生。

《地心引力》片段

现实中并没有出现过如此夸张的撞击,但国际空间站确实曾经遇险,而且时刻处于撞击的威胁之中。

眼下,欧洲、俄罗斯、日本都在加快研究用来清除太空垃圾的卫星,值得注意的是,这些卫星同样可用于军事用途。

太空垃圾数量已超1亿

自从1957年苏联将第一颗人造地球卫星送入轨道以来,已有60个国家向太空中发射过超过6000个航天器。

SpaceX一次就发射60颗Starlink卫星

目前,正常运行的航天器超过2000个,退役航天器超过3000个,大部分都是人造卫星。

源源不断的发射活动,在地球轨道上制造了大量太空垃圾——小到油漆碎片、螺丝、螺帽、固体燃料,大到火箭碎片、退役卫星……

NASA轨道碎片计划办公室(ODPO)统计,能够追踪到的太空垃圾,直径通常大于10厘米,目前有超过23000个。直径10厘米以下的太空垃圾难以追踪,1到10厘米大小的应该超过50万个,1毫米到1厘米大小的则超过了1亿个。

大于1毫米的碎片已经超过1亿个

科学家们通过计算机模拟发现,未来200年,直径超过20厘米的太空垃圾将增加1.5倍,10厘米到20厘米的太空垃圾将增加3.2倍,小于10厘米的太空垃圾将增加13-20倍。

在离地高度600公里以下的轨道上,太空垃圾通常在几年内就会慢慢落回地球;而在离地高度800公里的轨道上,太空垃圾存在时间以世纪为单位;在离地高度1000公里的轨道上,太空垃圾会绕地球旋转1000年以上。

太空中的一块碎片,被认为是1998年航天飞机任务产生

目前,太空垃圾基本都集中在离地高度200公里-2000公里的近地轨道中,其中750公里-1000公里处的密度*大。

一小块就足以撞毁空间站

太空垃圾*多的近地轨道,也是航天器*集中的地方。

包括国际空间站在内,各国的对地观测卫星和重要航天器基本都在近地轨道上运行。

太空垃圾对这些航天器造成了巨大威胁。

国际空间站也有被撞击的风险

要知道,太空垃圾平时以7-8公里/秒的速度飞行,相撞时相对速度*高可达到15公里/秒,比子弹速度要快10倍。

欧空局空间碎片办公室曾指出,直径1厘米的太空垃圾发生碰撞,就会产生一个手榴弹爆炸的能量。

撞击的威力巨大

2009年2月,美国铱星33与俄罗斯报废的Cosmos 2251卫星在西伯利亚上空发生相撞。

事故导致铱星卫星受损,地面通话短暂中断,还产生成千上万个太空碎片,形成两团碎片云,一年之内,识别出的碰撞碎片就超过1740个。

铱星33卫星(蓝色)和Cosmos 2251卫星(绿色)相撞

这些碎片又变成新的太空垃圾,分布在离地高度500公里-1300公里的宽阔空间带上,对在轨航天器造成更多威胁。

2016年5月,国际空间站舷窗也被撞出一个直径7毫米的坑洞,经事后分析,撞击国际空间站的可能是一块直径只有千分之几毫米的油漆或者小金属碎片。

蒂姆·皮克拍摄的穹顶舱窗户被撞

当时在国际空间站内的英国宇航员蒂姆·皮克说,“经常有人问,国际空间站会不会受到太空垃圾的袭击,这就来了,幸亏空间站的窗户有四层玻璃。”

欧空局表示,这次撞击问题不大,可是太空垃圾直径一旦超过1厘米,撞击就会造成灾难性后果;如果太空垃圾直径超过10厘米,国际空间站就会被撞成碎片。

各类航天器被撞的痕迹

很多时候,航天器不得不通过移动位置避开潜在撞击。

2018年7月,欧空局发现一块太空垃圾快速逼近环境研究卫星CryoSat-2。

随着碰撞几率不断增加,欧空局决定利用CryoSat-2的推进器移动位置,位置调整后50分钟,这块太空垃圾就以4.1公里/秒的速度,从卫星下方120米的地方擦身而过。

太空垃圾掠过CryoSat-2卫星的动画演示

国际空间站也曾数次变轨躲避太空垃圾,仅2014年3月至4月间,就进行过两次变轨。

变轨并非长久之计。巨大人力成本和时间成本倒在其次,关键是会消耗航天器的燃料,缩短航天器的工作寿命。

国际空间站

欧俄日争当太空清道夫

为了解决太空垃圾,世界各国和国际组织都在想招。

去年,欧空局委托一家商业公司进行一项名叫“ClearSpace-1”的太空垃圾清除任务。

这项任务的第一个目标是2013年VESPA火箭留下的整流罩,这个整流罩重达100公斤,一直在距地面660公里-800公里的轨道上飞行。

ClearSpace-1任务演示

“ClearSpace-1”任务计划在2025年发射一个带有4支机械臂的卫星,捕获整流罩后一起返回地球,*后通过大气层燃烧殆尽。

俄罗斯则在研究一种类似“蜘蛛网”的卫星,卫星内部有粘性聚合物泡沫,在靠近太空垃圾时,粘性聚合物泡沫会像树枝一样伸展开来,形成粘性触手。

俄罗斯的“蜘蛛捕手”卫星

捕获太空垃圾后,卫星会将它拖向地球,并推向地球大气层燃烧。俄罗斯计划*快在2023年进行第一次试验。

在清理太空垃圾上,日本迈的脚步更大。

2014年,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)就提出一种“电动系绳”设想,通过货运飞船释放出一根长约700米的电动系绳,系绳末端的机械臂寻找抓取太空垃圾后,电动系绳会通电切割地球磁场,以此获得拉力,将太空垃圾拉到大气层烧毁。

日本提出的“电动系绳”设想

在2016年底,日本发射了试验性飞船进行第一轮试验,但*终因系绳释放失败而提前结束。

*近,日本又提出了以激光技术处理太空垃圾的设想。

通过发射搭载激光设备的卫星,在轨道上搜寻太空垃圾,并对锁定的太空垃圾发射脉冲式激光,使其表面气化,由此向外释放物质,产生推力。

搭载激光设备的卫星(右)清理报废卫星示意图

日本媒体透露,激光照射一次所产生的推力可让一枚硬币悬浮起来,通过长时间反复照射,太空垃圾的轨道就会逐步改变,*终掉入大气层。如果研究顺利,2026年这项研究就可以进入到实际应用阶段。

激光上天可用于军事用途

日本在清理太空垃圾的问题上特别积极,背后有其军事用途的考量。

业内人士指出,清理太空垃圾与反卫星武器,其实只是叫法上的不同。

日本清理太空垃圾,并不只是为了给地球当“卫生委员”,而是在太空竞赛上卡位。

日本《朝日新闻》关于日本成立太空部队的报道

今年5月,日本已宣布建立太空作战部队,这支部队以太空监测部队起步,隶属于航空自卫队,目前主要任务是“监视陨石、人造卫星和太空垃圾”。

就在太空作战部队建立不到一个月后,日本就透露将研究激光技术清理太空垃圾。专家指出,一旦激光技术在太空部署,会比传统反卫星导弹有更大的威力。

日本在太空中的部署,并不是孤军奋战。

2019年12月,美国正式组建太空军。日本随之建立的太空作战部队,也是为了配合美国的动作。

日本共同社报道,日本太空作战部队成立后,已经开始接受美国太空军和NASA的帮助。日本防卫省将联合美军、日本航天局共同构建太空监测体系,太空垃圾、卫星、各类航天器都在监测范围内。

美国太空军

目前,太空领域已成为陆海空之后第四作战空间,各国争夺的下一个战略制高点。一旦美日在太空领域形成联合,再搭配上可能实现的激光技术,将对其他国家的太空资产造成巨大威胁。

Nature:The quest to conquer Earth’s space junk problem

NPR:Space Junk: How Cluttered Is The Final Frontier?

phys.org:Solving the space junk problem

National Geographic:Space junk is a huge problem—and it’s only getting bigger

Daily Mail:Foam-spewing spacecraft could collect space junk ‘like a spider web’ and toss pieces into Earth's atmosphere to burn

Ars Technica:FCC moves cautiously in plan to prevent space debris and satellite collisions

The Verge:This is what happens when a tiny piece of flying space debris hits the ISS

天猫代运营

www.vptor.cn


暂无评论!
我要评论 只有购买过该商品的用户才能评论。
地址:杭州市西湖区西港发展中心5幢5楼
服务热线:18157168787
邮箱:798707152@qq.com
联合创始人
  • 电话咨询
  • 18157168787