太空垃圾越来越多,如何才能有效减少无用碎片

2017-08-22 10:33:01 来源: 科技日报社-中国科技网 举报
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(原标题:卫星排队上天 太空垃圾成灾)

太空垃圾越来越多,如何才能有效减少无用碎片 计算机模拟的近地轨道空间碎片图。

图源:NASA官网

本报记者 张梦然

今日视点

美国《连线》杂志在线版日前刊登文章称,随着私人太空企业开始向地球轨道进军,以及低成本的立方体卫星和纳米卫星让平常人也能支付得起,太空中的一个问题—太空垃圾将会变得日趋严重。

太空垃圾是一些零零碎碎的、围绕地球轨道的无用人造物体,也称空间碎片或轨道碎片。它们小到由人造卫星碎片、漆片、粉尘构成,大到是一整片飞船的残骸。

问题多严重?

我们的近地轨道目前是拥挤的交通要塞,而且还没有“警察”来疏导。

自上世纪60年代初以来,太空垃圾的数量已开始呈指数级增长。据美国国家航空航天局(NASA)2016年估计,目前地球轨道上有1亿个一粒盐大小的人造物体、50万个弹珠大小的物体、2.3万个接近或超过垒球大小的物体。2009年,一颗废弃的俄罗斯卫星与美国商业卫星相撞就制造出了2000多个碎片。

除了卫星,还有火箭。达伦·麦克奈特是美国弗吉尼亚一间为政府间谍卫星服务公司的技术总监,据他估计,每年两颗苏联废弃火箭相撞的概率为1/4000,产生的碎片数量可想而知。

2016年5月,欧洲空间局(ESA)在其官方网站公布了宇航员蒂姆·佩克从观察舱内部拍摄到的照片,其展示了舱体被极微小的太空垃圾撞击留下的槽。撞击的太空垃圾直径可能不到千分之一毫米。国际空间站对此使用了大量屏障来保护宇航员,因而,此类级别的撞击并没有危险性。

但大碎片就完全不同。只要与一块大于10厘米的太空垃圾碰撞,航天器就会遭遇毁灭性打击。而在1亿块环绕地球运行的太空垃圾中,直径超过10厘米的至少有2.7万块。

未来会怎样?

苏联发射人类第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”,开启了太空探索的新篇章,但也意味着我们开始有意无意地在宇宙空间遗弃各种残骸和废物。这些碎片不仅给航天事业带来巨大隐患,还污染了宇宙空间;同时也给人类带来灾难,尤其是核动力发动机脱落,会造成放射性污染。

而在可预见的未来,这种情况还会更加严重。

一方面是微电子、微机械、纳米等技术的进步促进小卫星设备—立方体卫星和纳米卫星的普及。立方体卫星最显著的特点就是部署廉价:它可以被捆绑在一枚大的火箭平台上。尽管发射一枚火箭需要花费5千万美元到3亿美元,但在一个大的火箭平台上搭载一个立方体卫星,只需额外花费5万至10万美元,这使其应用层面更广。而纳米卫星更是需要由相当数量的卫星形成分布式的星座系统,才能实现其功能。

另一方面,据《连线》杂志的文章称,现在私人太空公司已预备在2025年前发射数以万计的卫星——其中美国太空探索技术公司(SpaceX)计划发射1.2万颗小型互联网卫星;OneWeb公司—一家成立于英国、主要利用微型卫星构建长距和低延迟性无线网络的公司,则计划发射约700颗卫星;卫星公司Planet目前计划发射100颗卫星。

我们怎么办?

鉴于越来越多卫星正排队上天,人们开始构思一个未来能有效减少无用碎片的方法,那就是延长卫星的使用寿命。

通常来讲,一颗卫星从被发射出去起,就开始了它走向报废的过程,而地球上的我们对此无计可施。目前,工程师们可以利用各种卫星传感器的数据进行推算,对地球轨道中的卫星进行远程故障检测,这使得卫星的软件系统能得到修复升级,但硬件一旦损毁是不可逆转的。卫星公司只能眼睁睁看着自己的宝贝成为太空垃圾。

但就在上个月,美国国防高级研究计划局(DARPA)发起了一项名为“同步卫星维修机器人”(RSGS)的研究项目,决定开发出一款卫星维修航天器,其可以改变同步卫星的轨道;帮助展开被卡住的太阳能板等等,从而有望让原本只能“一次性”使用的卫星通过修复焕发活力。按计划,这架航天器将于本世纪20年代初期发射。

与此同时,NASA还将展开名为“Restore-L”的机器人计划,为目前处于近地轨道的美国政府卫星补充燃料,再次将其推入新的轨道。

不过,即使这两个项目都获得成功,它们只能暂缓更多碎片加入太空垃圾大军,对于目前已经漂浮在空中的那些碎片,最传统的做法仍是用激光把它们射下来,让其在地球大气层中燃烧掉。部分研究者相信,这种操作性更强的办法可以更精确、更快、更经济地清理太空垃圾。但有分析认为,该方法可能不利于处理长度小于10厘米的太空垃圾。

(科技日报北京8月21日电)

王凤枝 本文来源:科技日报社-中国科技网 责任编辑:王凤枝_NT2541
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