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誰是“太空垃圾”製造大王:4500噸太空碎片圍著地球飛

這些年, “太空交通”事故時有發生。 比如2013年的一起“事故”——一顆俄羅斯科研衛星被一塊只有0.08克重的太空垃圾從側面撞擊, 受損嚴重。

當時美國媒體妄稱, 肇事者是“中國2007年進行反衛星試驗時留下的衛星碎片”, 不過一個月後, 美國軍方澄清, 肇事者並非中國反衛星的碎片, 當時兩者還有3.5公里的距離。 其實, 在太空中, 就垃圾的數量來說, 連美俄都承認自己“貢獻最大”。


“中國垃圾”沒有撞壞俄衛星

2013年1月22日, 俄羅斯一個在軌運行的“太空球透鏡”小型衛星與太空碎片相撞, 美國太空標準與創新中心的專家檢查太空碎片資料庫, 發現在俄羅斯“太空球透鏡”衛星軌道變化前, 中國“風雲一號”衛星的碎片從旁邊飛過(“風雲一號”衛星於2007年被中國自己的反衛星導彈擊碎), 因此, 俄衛星極有可能是被“風雲一號”碎片撞壞的。 該中心還推測說, 撞擊衛星的太空垃圾最小可能僅有0.08克, 碰撞速度約為9.7公里/秒, 這個小碎片的撞擊使俄羅斯衛星的軌道半徑縮小了120米。

不過, 這種說法連俄羅斯自己也不相信。 一個月後, 美國軍方澄清, 肇事者並非中國“風雲一號”衛星的碎片, 因為當時兩者起碼還有3.5公里的距離。

中科院南京紫金山天文臺研究員王思潮也指出,

儘管美國跟蹤太空衛星與太空碎片的技術全球一流, 但其檢測仍常常出現錯誤。 環繞地球1釐米直徑以上的空間碎片有60萬個, 但王思潮表示, 直徑1釐米以下的空間碎片就難以探測。

不過, 王思潮也承認, 美國的航太技術確實是世界第一, 其跟蹤太空衛星與太空碎片的技術精度也是全球領先的, 而且, 備受矚目的美國天基監視系統(SBSS)首顆衛星已在2010年9月26日成功發射, 這顆衛星最後定點於630千米高度的太陽同步圓軌道。 此舉讓美國能及時跟蹤探測國外的太空威脅, 讓美國率先在外太空中建立起非對稱太空優勢, 但這仍不能保證美國就不出錯。

美國太空標準與創新中心的說法“實在不夠專業,

也不負責任”, 空間碎片是人類長期以來外空活動積累形成的歷史性問題, “誰對空間碎片‘貢獻’最多, 國際社會早有公論”。 美國相關部門無非是想借此事聲討中國的反衛星技術。

誰是“太空垃圾”製造大王?

根據俄羅斯《觀點報》的報導, 美國宇航局軌道殘骸計畫署公佈近地軌道太空垃圾現狀季度報告稱,

截至2010年, 地球軌道上共有14967塊大尺寸的太空垃圾, 1-10釐米大小的太空垃圾超過20萬塊, 1釐米以下的碎片超過1000萬塊, 其最大製造者是美國和俄羅斯。

報告指出, 太空中1/3的大尺寸垃圾“由俄羅斯和獨聯體國家”製造, 共有5565塊, 其中5500塊屬俄羅斯;美國是第二大太空垃圾製造者, 總數為4780塊;緊隨其後的太空垃圾製造者分別是法國(198塊)、印度(172塊)、歐洲航天局(90塊)等, 其餘所有國家共製造了656塊太空垃圾。

“這是一個非常龐大的群體。 它們圍繞著地球, 以每秒10公里左右的速度飛行”, 《科學時報》描述“空間碎片”在太空中的“浩大場面”。 這個驚人場面其實與人類活動息息相關, 從前蘇聯半個世紀前發射第一顆人造衛星開始, 這種“人造垃圾”對太空的污染就延續至今。

這些太空垃圾專指在繞地球軌道上運行、但不具備任何用途的各種人造物體。廢棄的空間站、人造衛星和火箭爆炸後的碎片,甚至是螺栓、電池、塗層片以及宇航員遺留在太空的工具在空間相互碰撞產生的碎塊等,都是空間環境的主要污染源。半個世紀以來,全世界各國一共執行了超過4000次的發射任務,產生了大量太空垃圾。雖然其中的大部分都通過落入大氣層燃燒殆盡,但現在還有超過4500噸的太空垃圾殘留在軌道上。

美國與前蘇聯在上世紀60至70年代為爭奪太空進行的一系列“反衛星武器試驗”是太空垃圾的主要來源之一。

在認識到太空垃圾問題及其嚴重性後,大部分反衛星武器計畫及試驗才被終止。不過,上世紀80年代,美國重新啟動反衛星武器計畫,與渥特公司簽約研發出ASM-135反衛星導彈,並在1985年進行實驗擊毀了一個環繞地球、重2200磅的衛星,製造了上千塊大於1釐米的太空垃圾。2008年2月,美國又用反衛星導彈擊毀了一顆已失控的美國間諜衛星。

中國空間技術研究院副院長、空間碎片行動計畫首席專家李明表示,這些垃圾主要集中在這樣幾條軌道上,分別是距離地球2000千米以下的近地軌道、2萬千米高度的中軌道和3.6萬千米高度的地球同步軌道。有關空間碎片的最新報告稱,地球上空的空間碎片數量已達“臨界點”。

碎片雖小,威力巨大

令航太專家頭疼的是,即使人類不再向太空扔垃圾,也不能遏制太空碎片的增多,因為這些垃圾在飛行過程中會互相碰撞,每一次互相撞擊並不能讓碎片湮滅,而是產生更多碎片,而每一個新的碎片又多了一個新的碰撞危險源。

對於航天器和宇航員而言,這種碰撞將是致命的。《中國氣象報》指出,越來越多的空間碎片已經危及到了衛星及其他航天器的安全。1991年12月底,俄羅斯一顆失效衛星“宇宙1934”撞上了本國另一顆衛星“宇宙926”釋放出來的大碎片,前者一分為二,後者碎到無法跟蹤。

1996年7月24日清晨,設在英國薩里大學的衛星控制中心一切如常。9時48分,操作臺上紅燈突然閃爍,報警聲此起彼伏,“櫻桃色”衛星的姿態失去了控制,原本應穩定指向地球的衛星急速翻起了筋斗。衛星失控竟是受到一個運載火箭入軌時產生的一枚太空垃圾的影響,它在接近“櫻桃色”衛星時,距離僅為1.5千米,相對速度為14千米/秒。儘管1.5千米的距離以地面標準看並不近,但由於其巨大的相對速度,這個距離在近地空間已非常近,極大地影響到衛星的運行。小小的一個太空垃圾就有如此大的威力,稱其為“衛星殺手”一點也不為過。

為什麼空間碎片的破壞力如此驚人?國家空間天氣監測預警中心研究員薛炳森解釋到,由於它與航天器撞擊的平均相對速度是10千米/秒,若與炸藥相比,1克空間碎片的能量相當於24克炸藥爆炸時釋放的能量。

聯繫到2013年這次“0.08克太空垃圾撞壞俄羅斯衛星”事件,南京紫金山天文臺研究員王思潮也做了相似的解釋:0.08克重的太空垃圾很小,但速度是9.7千米/秒的宇宙速度,是一粒射出的步槍子彈速度的十幾倍,因此可以重創7.5公斤的俄羅斯“太空球透鏡”袖珍衛星。

2009年2月,俄羅斯報廢的“宇宙-2251”衛星在西伯利亞上空約790公里處,撞上了運行中的美國“銥-33”衛星,美國專家估計,由於兩顆衛星的重量大概都在700公斤左右,相撞速度為1.5千米/秒,這次撞擊相當於一噸TNT炸藥爆炸,如果以9.7千米/秒相撞,那麼就相當於42噸TNT炸藥爆炸。更可怕的是,相撞產生了1000多塊碎片,其中俄衛星分裂成809塊,美國衛星分裂為349塊。航太專家認為,這次碰撞產生的大量殘片,不僅可能對國際空間站構成嚴重的安全威脅,而且對這條重要的軌道構成了安全隱患。

空間碎片的威脅不僅存在於天上,在隕落時也會威脅到地面生態系統。1978年1月24日,前蘇聯核衛星“宇宙954”發生故障,在加拿大西北上空解體,衛星上30千克濃縮鈾和反應堆隕落,放射性碎片遺灑在了800千米長的地帶上。

空間碎片在隕落過程中,首先和大氣層發生摩擦,高溫、高壓使其融化和解體,但仍有一些隕落到地面。這些碎塊攜帶的高速熱流會對地面的生態系統造成威脅,並危及人類的生產生活安全。除了有高速熱流的危險,還有機械撞擊危險,此外還會對環境造成化學和放射性污染,特別是以核能為動力的航天器隕落時,放射性物質的大面積擴散和污染,後果十分嚴重。如果空間碎片隕落在人口稠密區,甚至隕落在都市,其後果更是不堪設想。

這種“人造垃圾”對太空的污染就延續至今。

這些太空垃圾專指在繞地球軌道上運行、但不具備任何用途的各種人造物體。廢棄的空間站、人造衛星和火箭爆炸後的碎片,甚至是螺栓、電池、塗層片以及宇航員遺留在太空的工具在空間相互碰撞產生的碎塊等,都是空間環境的主要污染源。半個世紀以來,全世界各國一共執行了超過4000次的發射任務,產生了大量太空垃圾。雖然其中的大部分都通過落入大氣層燃燒殆盡,但現在還有超過4500噸的太空垃圾殘留在軌道上。

美國與前蘇聯在上世紀60至70年代為爭奪太空進行的一系列“反衛星武器試驗”是太空垃圾的主要來源之一。

在認識到太空垃圾問題及其嚴重性後,大部分反衛星武器計畫及試驗才被終止。不過,上世紀80年代,美國重新啟動反衛星武器計畫,與渥特公司簽約研發出ASM-135反衛星導彈,並在1985年進行實驗擊毀了一個環繞地球、重2200磅的衛星,製造了上千塊大於1釐米的太空垃圾。2008年2月,美國又用反衛星導彈擊毀了一顆已失控的美國間諜衛星。

中國空間技術研究院副院長、空間碎片行動計畫首席專家李明表示,這些垃圾主要集中在這樣幾條軌道上,分別是距離地球2000千米以下的近地軌道、2萬千米高度的中軌道和3.6萬千米高度的地球同步軌道。有關空間碎片的最新報告稱,地球上空的空間碎片數量已達“臨界點”。

碎片雖小,威力巨大

令航太專家頭疼的是,即使人類不再向太空扔垃圾,也不能遏制太空碎片的增多,因為這些垃圾在飛行過程中會互相碰撞,每一次互相撞擊並不能讓碎片湮滅,而是產生更多碎片,而每一個新的碎片又多了一個新的碰撞危險源。

對於航天器和宇航員而言,這種碰撞將是致命的。《中國氣象報》指出,越來越多的空間碎片已經危及到了衛星及其他航天器的安全。1991年12月底,俄羅斯一顆失效衛星“宇宙1934”撞上了本國另一顆衛星“宇宙926”釋放出來的大碎片,前者一分為二,後者碎到無法跟蹤。

1996年7月24日清晨,設在英國薩里大學的衛星控制中心一切如常。9時48分,操作臺上紅燈突然閃爍,報警聲此起彼伏,“櫻桃色”衛星的姿態失去了控制,原本應穩定指向地球的衛星急速翻起了筋斗。衛星失控竟是受到一個運載火箭入軌時產生的一枚太空垃圾的影響,它在接近“櫻桃色”衛星時,距離僅為1.5千米,相對速度為14千米/秒。儘管1.5千米的距離以地面標準看並不近,但由於其巨大的相對速度,這個距離在近地空間已非常近,極大地影響到衛星的運行。小小的一個太空垃圾就有如此大的威力,稱其為“衛星殺手”一點也不為過。

為什麼空間碎片的破壞力如此驚人?國家空間天氣監測預警中心研究員薛炳森解釋到,由於它與航天器撞擊的平均相對速度是10千米/秒,若與炸藥相比,1克空間碎片的能量相當於24克炸藥爆炸時釋放的能量。

聯繫到2013年這次“0.08克太空垃圾撞壞俄羅斯衛星”事件,南京紫金山天文臺研究員王思潮也做了相似的解釋:0.08克重的太空垃圾很小,但速度是9.7千米/秒的宇宙速度,是一粒射出的步槍子彈速度的十幾倍,因此可以重創7.5公斤的俄羅斯“太空球透鏡”袖珍衛星。

2009年2月,俄羅斯報廢的“宇宙-2251”衛星在西伯利亞上空約790公里處,撞上了運行中的美國“銥-33”衛星,美國專家估計,由於兩顆衛星的重量大概都在700公斤左右,相撞速度為1.5千米/秒,這次撞擊相當於一噸TNT炸藥爆炸,如果以9.7千米/秒相撞,那麼就相當於42噸TNT炸藥爆炸。更可怕的是,相撞產生了1000多塊碎片,其中俄衛星分裂成809塊,美國衛星分裂為349塊。航太專家認為,這次碰撞產生的大量殘片,不僅可能對國際空間站構成嚴重的安全威脅,而且對這條重要的軌道構成了安全隱患。

空間碎片的威脅不僅存在於天上,在隕落時也會威脅到地面生態系統。1978年1月24日,前蘇聯核衛星“宇宙954”發生故障,在加拿大西北上空解體,衛星上30千克濃縮鈾和反應堆隕落,放射性碎片遺灑在了800千米長的地帶上。

空間碎片在隕落過程中,首先和大氣層發生摩擦,高溫、高壓使其融化和解體,但仍有一些隕落到地面。這些碎塊攜帶的高速熱流會對地面的生態系統造成威脅,並危及人類的生產生活安全。除了有高速熱流的危險,還有機械撞擊危險,此外還會對環境造成化學和放射性污染,特別是以核能為動力的航天器隕落時,放射性物質的大面積擴散和污染,後果十分嚴重。如果空間碎片隕落在人口稠密區,甚至隕落在都市,其後果更是不堪設想。

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