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| 【固廢】太空垃圾隱匿的人造“天災” |
| （時間:2011/11/15 15:56:31） |
繼美國廢棄的“高層大氣研究衛星”（UARS）在失控狀態下轟然撞向地球之后，近日德國報廢衛星“倫琴天文衛星”（ROSAT）也在世人的注目中，墜落到了東南亞的孟加拉灣。
原本隱匿在廣袤外空的太空垃圾如今頻繁地出現在公眾視野中，愈加影響到人們的日常生活。特別是，由于其位置的特殊性，數量的遞增性及危害的跨域性，太空垃圾儼然已演變成為一個國際話題。
更多太空垃圾將會墜落地面
日常生活中，一旦人們使用的手機報廢被丟棄后，就成了生活垃圾。衛星亦是如此，當其無法繼續正常工作后，就成了無用的太空垃圾。當然，除了報廢的衛星之外，太空垃圾還包括發射時火箭脫落的碎片、國際空間站航天員外出作業時丟棄的工具、以及衛星肢解或相撞產生的太空碎片等。
自1957年蘇聯成功發射第一顆人造衛星“Sputnik-1”以來，至今，人類共計已將6000余顆衛星送入了茫茫太空。據美國衛星工業協會公布的數據顯示，在這6000余顆衛星中，目前仍在地球上空正常運行的商業、軍事以及民用衛星約有1000顆，另有2000多顆報廢衛星漂浮在太空中，其余的則因為爆炸或高強度振動后肢解，以太空碎片的形式永遠留駐在了外空。
截止到2011年7月，在美國空間監測網（SSN）公布的太空碎片編目中，比拳頭還大的太空垃圾就有16094個。其中，俄羅斯和美國以太空垃圾制造大國位居榜首，分別擁有6075和4867塊直徑在10厘米以上的太空垃圾。而那些重達數噸的報廢衛星相撞或是肢解后，又將產生更多的太空碎片。所有這些物體平均每天發生碰撞的概率高達75%。除此之外，被計算機忽略的微型碎片估計有50萬個。
上述太空垃圾多集中在軌道高度小于2000千米的低軌上，形成了一定的垃圾帶。此外，由于太空碎片自然衰減受到大氣層和太陽活動的雙重影響，據科學家研究發現，伴隨著未來幾年太陽活動的增加，將會有越來越多的太空垃圾被拉入低軌，經過國際空間站所在的軌道區域，進入大氣層銷毀或墜落地面。而對于距地高度達3600千米的地球靜止軌道上的太空垃圾，如果不進行清除，將具有百萬年以上的壽命。
由于太空垃圾所處的獨特位置，其相應的處理需要國際跨域協調機制。為此，早在1993年，全球就成立了空間碎片協調委員會（IADC）。作為目前唯一的專門從事太空碎片處理的國際組織，目前共有11個成員國或區域組織參加。
聚焦太空垃圾潛在危害
總體而言，太空垃圾的潛在危害主要表現在碎片撞擊損壞航天器及墜落地面傷人兩種情況。
就第一種情況而言，運行在不同軌道上的物體如同行駛在不同高速路上的汽車一樣，如果軌道相交，自然會產生劇烈碰撞，并引發災難性的后果。2009年2月10日，美國的“銥星-33”在軌通信衛星和俄羅斯“宇宙-2251”廢棄軍用衛星，就在西伯利亞上空790公里高度處相撞，瞬間即產生了2100多塊碎片。這些太空碎片在不同的軌道以每秒6至7千米左右的速度高速運行。如果撞上正常工作的航天器，輕則留下深深的傷痕，重則徹底破壞衛星的結構并最終導致其失效。2010年12月美國“X-37B”高超聲速飛行器在完成為期7個月的任務返回后，人們即發現其身上留有7處與太空碎片相碰撞的痕跡，幸而沒有造成致命傷害。而就在今年3月，經監測有一塊10至15厘米的太空碎片有萬分之一的概率與國際空間站相撞。為此，4月2日國際空間站進行了防碰撞空間機動，而這次機動是1999年10月份以來進行的第12次碰撞規避機動。
就第二種情況而言，太空碎片進入大氣層后，就像流星一樣，將產生許多熱量，為此，大部分碎片會被直接銷毀。但是，如果太空垃圾的體積較大，或由于材料特殊，這些殘留物就會直接墜落到地面。這次美國的“高層大氣研究衛星”和德國的“倫琴天文衛星”降落地面就屬于這種情況。
事實上，衛星返回地球并非什么新鮮事。早在上個世紀70年代，各國發射的偵察衛星多為可控返回式衛星。然而，與可控式返回航天器不同，太空垃圾因失去了返回地球動力控制，加上體積小和受大氣攝動等影響，它們的運動軌跡不受控制，而報廢衛星再入大氣層后將進行肢解，分裂成多個碎片，這更是增加了預報的難度。如美國“高層大氣研究衛星”再入地面時，宇航專家估計的預警時間只有短暫的20秒。
正是由于運行軌道的不受控制及墜落時間的不易預報，返回地球的太空碎片極易傷人。2009年7月，一塊金屬片從天而降，落在了英國東北部赫爾市的一對老年夫婦家中閣樓上。后經專家分析，這是塊在太空中“游蕩”了至少10年的太空垃圾。又如2007年3月，智利一架空客A340在飛行途中突遭數塊炙熱火球夾擊，最近的距飛機只有8公里。事后查明，這些險些擊中飛機的火球就是俄羅斯一顆衛星的碎片。
這些太空垃圾的潛在危害日益引起了宇航科學家的關注，為早日清除太空垃圾，科學家們正在開發各種各樣的清除技術。
清除太空垃圾任重道遠
早在1978年6月，美國航空航天局的研究員唐納德?凱斯勒，即針對太空垃圾問題而提出了“雪崩效應”，即當在近地軌道上的太空垃圾達到一定密度時，每次撞擊將產生更多碎片，每塊碎片又是一個新的碰撞危險源。這意味著近地軌道將被各種危險的太空垃圾所“封鎖”，地球將再次被拉回沒有航天的時代。為此，1979年，美國率先成立了太空碎片辦公室，專門利用設在地面的國家監測網觀察、記錄并跟蹤太空碎片。而在今年底，美國空軍將計劃發射一顆“太空監測衛星”，使其同地面的雷達系統和光學望遠鏡相配合，做到全天候觀察所有在軌運行的人造衛星和太空垃圾。
除了必要的監測之外，為徹底解決太空垃圾問題，科學家們也提出了各種處理辦法。如現在執行正常任務的衛星，都設計了任務結束后的離軌程序，預留燃料將衛星機動至更高的無用軌道上，或是降低軌道使其進入大氣層到指定區域銷毀。對于那些在執行離軌程序前就意外失效的衛星，以及碰撞或肢解后產生的碎片，科學家們也在想辦法進行清除。
2011年10月17日，美國聯合光子公司工程師克勞德?菲利普就撰文稱，可以利用地基高功率激光束將低軌道的太空垃圾表面汽化，從而形成一定的推力，迫使其降低軌道進入大氣層銷毀。其實，這并非科學家首次提出利用激光來解決太空垃圾問題，美國航空航天局科學家此前就曾提出利用裝在太空望遠鏡上的一個中等功率激光器來照射可能發生碰撞的碎片。每天持續使用激光器照射太空垃圾一到兩小時，使太空垃圾出現位移， 大約每天可移動198米。雖然這種方案無法將太空垃圾完全從太空軌道中移除，但初步模擬顯示足以避免超過一半以上的碰撞。
此外，日本宇航探索局正在和一家擁有百年歷史的制網企業進行合作，計劃兩年內編織一張由金屬線和人造纖維組成的、寬達數公里的太空漁網，用于打撈漂浮在地球軌道中的太空垃圾。這張太空網網孔的直徑大約1毫米。它將由一顆人造衛星攜帶進入軌道，然后脫離衛星開始打撈軌道內的太空垃圾。與日本科學家的思路不同，美國阿提休斯（Altius）太空機械公司正在研發一種機器人手臂系統――“粘臂”。這套系統可以伸出100米，在手臂的另一端使用了電子吸附技術的襯墊。這個襯墊可以和任何材料產生靜電反應，并可牢牢吸住對方，可吸附的材料包括金屬、塑料、玻璃以及流星體。顯然，科學家們希望這種粘臂可以用于抓捕太空碎片，清理太空垃圾。
盡管科學家研究了上述眾多的太空垃圾清除技術，但是由于擔心相關清除技術向武器化方向發展，當前各國實際上真正進行的太空垃圾清除項目并不多。這也是國際太空垃圾處理面臨的又一個悖論：科學為了和平還是為了戰爭？
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