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中國投身太空環保不遺餘力 “太空環保”彰顯中國擔當

近日, 繞地球飛行6年半的“天宮一號”從南太平洋中部區域再入大氣層, 絕大部分器件在空中分解並燒蝕銷毀。 社交網路上有外國網友曬出“天宮一號”殘骸進入大氣層燃燒的影像:先是有幾塊閃亮的碎片在空中快速滑行,

不久後碎片燃燒起來, 在天空拖拽出數道耀眼的光軌。

與之前一些外國媒體所擔心的完全不同, 天宮一號完美謝幕, 既沒有對地面造成任何威脅, 也沒有製造太空垃圾。 實際上, 作為負責任的航太大國, 中國一直致力於“太空環保”, 不僅盡力呵護太空環境, 而且盡其所能參與太空碎片和太空垃圾的清理行動, 為營造安寧有序的太空環境做出自己的貢獻。

約7500噸太空垃圾高速飛行

說起太空垃圾, 人們可能首先會想起那些從太空墜落的人造飛行物殘骸。 事實上, 幾乎每週都有航天器殘骸落入大氣層, 其中大部分都會在再入大氣層時燃盡,

基本不會對人類構成威脅。 真正危害巨大的太空垃圾是那些在地球軌道中掉不下來的廢棄物。 火箭科學家稱之為空間碎片或軌道碎片, 指宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體, 包括航天器發射過程中產生的碎片、航天器表面脫落的太陽能面板和油漆、火箭和航天器爆炸碰撞產生的碎片, 甚至是宇航員在太空行走時失手落下的手套。 這些碎片在地球軌道上以3-8公里每秒的速度高速運動, 碰撞時相對速度可達每秒10公里以上。 一塊直徑10釐米的太空垃圾就可以將航天器完全摧毀, 幾毫米大小的碎片就有可能使它們無法繼續工作。

自蘇聯研製發射的第一顆人造地球衛星斯普特尼克一號上天至今的60多年間,

人類已先後將7500余顆衛星送入太空。 它們一方面給人類生活方式帶來革命性變化, 另一方面也產生了太空垃圾。 目前, 人類發射的衛星中有4300顆依然在太空漫遊, 只有約1200顆依然在運作, 約有7500噸太空垃圾在繞地球飛奔, 且數量正以每年2%-5%的速度增加。 這些不受控制的太空垃圾無時無刻不對衛星、太空梭以及國際空間站的安全構成威脅。

太空垃圾頻頻“交通肇事”

曾經相當長一段時間, 美蘇等航太大國根據當時流行的“大天空理論”, 並沒有認識到太空碎片的危害。 該理論認為, 鑒於太空無比遼闊, 它們與航天器相遇的概率極低, 再則, 太空碎片最終都會再入地球大氣層自行燒毀。 因而, 產生任何廢棄物或火箭碎片等太空垃圾都不會有什麼危害,

哪怕一個巨大的太陽能電池板碰巧脫落在太空, 人們能做的也只是祝它“一路順風”。 然而, 該理論面臨的問題是隨著人類航太活動逐漸變得密集和空間碎片的持續增多, 太空已經不再顯得那樣“遼闊”, 相反, 逐漸變得“擁擠”起來, 航天器與太空碎片相撞的概率大大增加。 另一方面, 太空碎片雖然會再入自行燒毀, 但是問題是需要多久, 有些可能只需要幾年, 而那些處於較高軌道的可能幾十年也不會進入地球大氣層。

太空碎片的危害早已不再只是一種“擔心”而是活生生的“現實”, 給世界航太事業發展造成了嚴重損害。 1983年, 美國太空梭“挑戰者號”與一塊直徑0.2毫米的塗料塊相撞,

導致舷窗被損, 只好停止飛行。 1986年, 歐洲空間局的“阿麗亞娜”號火箭進入軌道之後不久便爆炸, 爆炸殘骸成為太空垃圾, 致使兩顆日本通信衛星遭到毀壞。 1991年9月15日, 美國發射的“發現者”號太空梭差一點與蘇聯的火箭殘骸相撞, 當時兩者僅僅相距2.74千米, 幸虧地球上的指揮系統及時發來警告信號, 否則後果不堪設想。 2009年2月10日, 美國銥星公司的通信衛星“銥星33”與一顆報廢的俄羅斯軍用衛星相撞, 產生2000多片碎片, 每個碎片都如同一發炮彈, 能夠輕易摧毀任何昂貴設備。

太空碎片的威脅呼喚國際航太界採取行動。 1993年10月26日, 由美國航空航天局、歐洲宇航局、日本宇宙開發事業團和俄羅斯航天局聯合發起的機構間空間碎片協調委員會(IADC)成立。 2007年,協調委員會推出了《IADC空間碎片減緩指南》,要求防止航天器在軌期間解體、正常運行期間限制釋放物體,已到飛行壽命末期的航天器應當從密集軌道區域移除等。該指南得到國際社會的廣泛認可。美國航空航天局的軌道碎片辦公室也設定了一系列規則,包括限制可丟棄的垃圾類型,要求衛星運營商將退役的飛行器升入“墳場軌道”,以及在衛星壽命結束25年之後,使其在大氣層中燃儘自毀。

中國投身太空環保不遺餘力

作為航太後起之秀,中國一直高度重視“太空環保”工作。早在1995年,中國國家航天局就正式加入機構間空間碎片協調委員會。從2000年起,中國啟動了“空間碎片行動計畫”,為載人航太、探月工程等提供了空間碎片監測預警技術服務。根據該行動計畫,開發了高性能防護材料和先進防護結構,頒佈了《空間碎片減緩與防護管理辦法》,對現役長征系列運載火箭實施末級鈍化處置,並多次對廢棄衛星實施離軌處理。2004年10月,“中國科學院空間目標與碎片觀測研究中心”成立,並把“積極研發空間目標與碎片的探測、識別等應用技術,建成中國空間目標與碎片的實測和研究基地”列為宗旨之一,建立了管理和資料處理中心,架設了觀測設備和資料通信網。2008年12月,“中國科學院空間目標與碎片觀測重點實驗室”成立,並在衛星動力學、空間碎片碰撞預警計算等方面取得了一批重要成果,在“神舟”系列空間碎片監測預警任務中得到重要應用。

2015年,中國國家航天局空間碎片監測與應用中心正式成立。它具備航天器發射預警、空間物體安全再入、航天器解體分析、空間碎片環境評估等能力。其成立有利於推進中國空間碎片技術發展,提升空間碎片管理和服務能力,保障航天器在軌運行安全,維護中國外空發展權益。據統計,該中心成立當年就發出“有碰撞風險”的紅色預警達87次。特別值得一提的是,該中心通過精確分析,成功幫助委內瑞拉遙感衛星一號規避太空碎片風險。

中國空間技術研究院副院長、空間碎片行動計畫專家李明介紹說,中國已確定實施了以資料庫為載體的“空間碎片探測預警工程”、以防護設計專家系統為載體的“空間碎片防護工程”和以空間碎片減緩設計標準為載體的“空間環境保護工程”的3大主題工程。

2016年6月25日,“太空環保”迎來歷史性時刻:“長征七號”運載火箭攜帶“遨龍一號”空間碎片主動清理飛行器發射成功。“遨龍一號”是世界上首個主動的軌道碎片離軌清除實驗項目,它裝載了一台機械臂,模擬抓取廢棄衛星和太空碎片,並將它們帶到大氣層燒毀。這是中國在世界航太領域獨領風騷的傑作。

中國載人工程航太辦公室副主任武平說,“遨龍一號”在前期技術研究和地面試驗的基礎上,以類比的空間碎片為目標,驗證碎片清除關鍵技術,任務結束後進行鈍化處理。中國國家航天局秘書長田玉龍則進一步表示,中國在空間碎片清除、空間站建設等需求牽引下,空間機器人及空間人工智慧發展迅速,將在空間環境治理機器人等領域開展技術攻關。

(綜合本報和微信公號《介面》報導)

凱斯勒綜合征(連結)

木葉凋落的冬夜,家住美國北卡羅來納州的凱斯勒喜歡在屋後架起一台小型天文望遠鏡,觀察那些閃耀在藍嶺山脈上空的星星。這台1978年的星特朗望遠鏡雖然不是最先進的家用天文觀測設備,但仍被凱斯勒視若珍寶。望遠鏡出廠的那年,正是凱斯勒發表讓他在航太界享有盛譽的著名論文的一年。當時,被分配到休士頓美國航空航天局詹森航太中心環境影響專案辦公室的凱斯勒,對人類在茫茫太空製造的垃圾產生了興趣。

通過對軌道碎片的研究,凱斯勒寫出了開創性論文《人造衛星的碰撞頻率:碎片帶的產生》。在論文中,他描繪了一個噩夢般的情景:廢棄的衛星和其他軌道碎片將不斷積聚,直到不可避免地發生碰撞,相撞的物體會粉碎成無數同樣危險的碎片,引發連鎖反應式的系列碰撞,“結果就是,隨著時間的推移,碎片數量呈指數級增長,在地球周圍形成碎片帶”。這種現象,後來被稱為“凱斯勒綜合征”。凱斯勒預測,這樣的碰撞將發生在未來30-40年之間。

論文發表後,美國國家航空航天局設立了軌道碎片辦公室,由凱斯勒負責,但並沒有拿出什麼實際措施來應對太空垃圾問題。“他們(上司)不喜歡我發現的東西。”凱斯勒回憶道。畢竟,那時距人類開始製造太空垃圾只有20年。而且,在斯普特尼克一號上天后一直持續了近20年的美蘇太空競賽中,如何處理太空垃圾也遠遠不是個值得優先考慮的問題。

2007年,協調委員會推出了《IADC空間碎片減緩指南》,要求防止航天器在軌期間解體、正常運行期間限制釋放物體,已到飛行壽命末期的航天器應當從密集軌道區域移除等。該指南得到國際社會的廣泛認可。美國航空航天局的軌道碎片辦公室也設定了一系列規則,包括限制可丟棄的垃圾類型,要求衛星運營商將退役的飛行器升入“墳場軌道”,以及在衛星壽命結束25年之後,使其在大氣層中燃儘自毀。

中國投身太空環保不遺餘力

作為航太後起之秀,中國一直高度重視“太空環保”工作。早在1995年,中國國家航天局就正式加入機構間空間碎片協調委員會。從2000年起,中國啟動了“空間碎片行動計畫”,為載人航太、探月工程等提供了空間碎片監測預警技術服務。根據該行動計畫,開發了高性能防護材料和先進防護結構,頒佈了《空間碎片減緩與防護管理辦法》,對現役長征系列運載火箭實施末級鈍化處置,並多次對廢棄衛星實施離軌處理。2004年10月,“中國科學院空間目標與碎片觀測研究中心”成立,並把“積極研發空間目標與碎片的探測、識別等應用技術,建成中國空間目標與碎片的實測和研究基地”列為宗旨之一,建立了管理和資料處理中心,架設了觀測設備和資料通信網。2008年12月,“中國科學院空間目標與碎片觀測重點實驗室”成立,並在衛星動力學、空間碎片碰撞預警計算等方面取得了一批重要成果,在“神舟”系列空間碎片監測預警任務中得到重要應用。

2015年,中國國家航天局空間碎片監測與應用中心正式成立。它具備航天器發射預警、空間物體安全再入、航天器解體分析、空間碎片環境評估等能力。其成立有利於推進中國空間碎片技術發展,提升空間碎片管理和服務能力,保障航天器在軌運行安全,維護中國外空發展權益。據統計,該中心成立當年就發出“有碰撞風險”的紅色預警達87次。特別值得一提的是,該中心通過精確分析,成功幫助委內瑞拉遙感衛星一號規避太空碎片風險。

中國空間技術研究院副院長、空間碎片行動計畫專家李明介紹說,中國已確定實施了以資料庫為載體的“空間碎片探測預警工程”、以防護設計專家系統為載體的“空間碎片防護工程”和以空間碎片減緩設計標準為載體的“空間環境保護工程”的3大主題工程。

2016年6月25日,“太空環保”迎來歷史性時刻:“長征七號”運載火箭攜帶“遨龍一號”空間碎片主動清理飛行器發射成功。“遨龍一號”是世界上首個主動的軌道碎片離軌清除實驗項目,它裝載了一台機械臂,模擬抓取廢棄衛星和太空碎片,並將它們帶到大氣層燒毀。這是中國在世界航太領域獨領風騷的傑作。

中國載人工程航太辦公室副主任武平說,“遨龍一號”在前期技術研究和地面試驗的基礎上,以類比的空間碎片為目標,驗證碎片清除關鍵技術,任務結束後進行鈍化處理。中國國家航天局秘書長田玉龍則進一步表示,中國在空間碎片清除、空間站建設等需求牽引下,空間機器人及空間人工智慧發展迅速,將在空間環境治理機器人等領域開展技術攻關。

(綜合本報和微信公號《介面》報導)

凱斯勒綜合征(連結)

木葉凋落的冬夜,家住美國北卡羅來納州的凱斯勒喜歡在屋後架起一台小型天文望遠鏡,觀察那些閃耀在藍嶺山脈上空的星星。這台1978年的星特朗望遠鏡雖然不是最先進的家用天文觀測設備,但仍被凱斯勒視若珍寶。望遠鏡出廠的那年,正是凱斯勒發表讓他在航太界享有盛譽的著名論文的一年。當時,被分配到休士頓美國航空航天局詹森航太中心環境影響專案辦公室的凱斯勒,對人類在茫茫太空製造的垃圾產生了興趣。

通過對軌道碎片的研究,凱斯勒寫出了開創性論文《人造衛星的碰撞頻率:碎片帶的產生》。在論文中,他描繪了一個噩夢般的情景:廢棄的衛星和其他軌道碎片將不斷積聚,直到不可避免地發生碰撞,相撞的物體會粉碎成無數同樣危險的碎片,引發連鎖反應式的系列碰撞,“結果就是,隨著時間的推移,碎片數量呈指數級增長,在地球周圍形成碎片帶”。這種現象,後來被稱為“凱斯勒綜合征”。凱斯勒預測,這樣的碰撞將發生在未來30-40年之間。

論文發表後,美國國家航空航天局設立了軌道碎片辦公室,由凱斯勒負責,但並沒有拿出什麼實際措施來應對太空垃圾問題。“他們(上司)不喜歡我發現的東西。”凱斯勒回憶道。畢竟,那時距人類開始製造太空垃圾只有20年。而且,在斯普特尼克一號上天后一直持續了近20年的美蘇太空競賽中,如何處理太空垃圾也遠遠不是個值得優先考慮的問題。

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