[科普中國]-日“清掃行動(dòng)”失敗 太空垃圾清理有多難

　　近日，日本一項(xiàng)清理太空及地球軌道垃圾的試驗(yàn)性任務(wù)宣告失敗。其核心方案是，利用磁場中有電流經(jīng)過會(huì)使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理，通過一條700米長的電線，給高速飛行的太空垃圾通電，使其減速后墜落于大氣層燃燒殆盡。但“鸛”6號(hào)機(jī)在向太空拋出纜繩的環(huán)節(jié)中失敗，實(shí)驗(yàn)被迫中斷?！胞X”6號(hào)機(jī)在結(jié)束所有預(yù)定動(dòng)作后，于日本時(shí)間6日凌晨進(jìn)入大氣層焚毀。

　　目前在軌的航天器，包括大量“太空垃圾”（資料圖片）

　　太空垃圾，“行走的殺手”

　　太空垃圾，又稱軌道碎片，主要指宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體。它的來源非常廣泛，如“退休”的衛(wèi)星；報(bào)廢的火箭助推器；宇航員作業(yè)時(shí)留下的航天服、工具鏟、老虎鉗、相機(jī)、牙刷；航天器漏出的固體、液體，以及航天器碰撞過程中產(chǎn)生的碎片，等等。

　　根據(jù)美國航空航天局ODPO統(tǒng)計(jì)，截止到2016年10月4日，地球近地軌道范圍內(nèi)共有被監(jiān)測的人造天體17817個(gè)，而最近的三個(gè)月就增長了88個(gè)，碎片增長的速度也越來越快，這導(dǎo)致地球看上去就像被垃圾場包圍了一樣。

　　“垃圾場”的后果，是一系列太空事故及潛在威脅。

　　1983年，“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)與一塊直徑0.2毫米的涂料碎片相撞，導(dǎo)致舷窗被損，只得提前返回地球。

　　1986年，“阿麗亞娜號(hào)”火箭進(jìn)入軌道后不久便發(fā)生爆炸，形成了564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片。這些密集的“彈丸”，后來直接造成兩顆日本衛(wèi)星失靈。

　　2009年，美國銥星33通信衛(wèi)星與俄羅斯廢棄多年的宇宙2251號(hào)相撞，兩顆衛(wèi)星 “粉身碎骨”。

　　2013年5月，厄瓜多爾唯一一枚衛(wèi)星在升空后不足一個(gè)月，就與太空中火箭殘骸相撞失靈。

　　數(shù)據(jù)顯示，為了規(guī)避太空事故，國際空間站平均每年進(jìn)行規(guī)避飛行14次，每次規(guī)避飛行需要付出巨大的代價(jià)，需要?jiǎng)訂T大量的人力、物力加強(qiáng)監(jiān)測和預(yù)警工作，航天員必須暫停工作和試驗(yàn)項(xiàng)目躲進(jìn)對(duì)接的載人飛船內(nèi)，并且空間站機(jī)動(dòng)需要消耗大量的燃料。

　　除外太空外，人類的生活也受到了太空垃圾的影響。中國科學(xué)院空間中心研究員都亨在此前的采訪中表示，“由于地球外層大氣的減速作用，每年都會(huì)有一部分太空碎片落入地球大氣層。只是大部分都在墜落的過程中燒毀了，所以人們沒有發(fā)覺?！?/p>

　　1965年，美國宇航員愛德華遺失的手套，以時(shí)速近2.8萬千米的速度在太空飛行。幸運(yùn)的是，這只殺傷力大的手套，最終在大氣層被燒毀。

　　2007年，國際空間站宇航員安德森在太空行走期間，將一個(gè)635千克重的有毒氨水罐拋入太空。16個(gè)月后，這個(gè)電冰箱大小的太空垃圾墜入澳大利亞和新西蘭之間的茫茫大海，沒有擊中過往船只。

　　太空垃圾殺傷力有多大？科學(xué)家曾舉過這樣一個(gè)例子：直徑1cm的鋁球以10公里每秒的速度撞擊所產(chǎn)生的能量與地面上速度為120公里每秒的小汽車撞擊相當(dāng)。一塊微小的油漆斑點(diǎn)，在太空高速環(huán)境下撞擊衛(wèi)星，就可能引爆一場航天大國間的外交甚至軍事沖突。10厘米的碎片碰撞將徹底摧毀一顆航天器。而目前太空中，最大的碎片體積可與一輛公共汽車相當(dāng)。

　　清理行動(dòng)，技術(shù)剛剛起步

　　太空垃圾隱患巨大已成為共識(shí)，各國都在開展試驗(yàn)和行動(dòng)。

　　中科院國家天文臺(tái)副研究員鄭永春告訴記者，“目前，在空間碎片處理方面，主要是通過對(duì)碎片施加外力，降低軌道，使其進(jìn)入地球大氣層燒毀，但這種處理方式的技術(shù)要求高，費(fèi)用也很高，且效率低。所以目前的策略，一方面是盡可能減少空間碎片的產(chǎn)生，比如要求衛(wèi)星達(dá)到壽命后主動(dòng)降低軌道進(jìn)入地球大氣層銷毀，另一方面是加強(qiáng)航天器本身對(duì)空間碎片的規(guī)避和防護(hù)。”

　　美國提出了太空碎片清除系統(tǒng)，通過把大氣氣體脈沖發(fā)射到目標(biāo)碎片必經(jīng)路線上，增加太空垃圾的摩擦力，令其下降墜落到地球大氣層里。

　　澳大利亞嘗試用激光處理垃圾。都亨介紹，激光處理主要是利用激光推動(dòng)空間碎片，使其偏離軌道，或減速，最終跌入大氣層。

　　2016年6月，中國在長征七號(hào)的首次發(fā)射任務(wù)中，搭載“遨龍一號(hào)”空間碎片主動(dòng)清理飛行器?！板埤堃惶?hào)”裝載了一臺(tái)機(jī)械臂，模擬抓取廢棄衛(wèi)星和太空碎片，并具有將它們帶到大氣層燒毀的能力。

　　瑞士航天中心正在研發(fā)一種超快仿生手臂。按照該計(jì)劃，把這種特制的機(jī)械手臂安裝在衛(wèi)星上，捕捉并回收航天器碎片，最后帶著它們一起沖入大氣層焚燒殆盡。這種機(jī)械手臂的特點(diǎn)是“超快”：能在0.05秒內(nèi)抓住各種不規(guī)則形狀的拋擲物。這種太空垃圾清掃衛(wèi)星預(yù)計(jì)需要3至5年時(shí)間達(dá)到實(shí)用水平，首顆衛(wèi)星的研發(fā)及發(fā)射費(fèi)用共計(jì)約1000萬瑞士法郎（約合1092萬美元）。

　　值得注意的是，包括上面提到的推移離軌、捕獲離軌等各項(xiàng)清理技術(shù)都仍在起步和試驗(yàn)階段，到底哪些方法能夠奏效，還需更多實(shí)踐和時(shí)間。

　　技術(shù)之外，還需規(guī)則

　　現(xiàn)行的技術(shù)手段不能及時(shí)、有效地清理垃圾是當(dāng)前現(xiàn)實(shí)。要真正解決太空垃圾難題，技術(shù)手段之外，還需規(guī)則。

　　太空垃圾劇增的背后是各國對(duì)太空空間位置的爭奪?？臻g的軌道位置，尤其是地球同步靜止軌道，其實(shí)是非常有限的。航天專家、中國科學(xué)院院士葉培健表示，合理有效分配太空位置需要國際合作，按需求和可能優(yōu)化，也有必要考慮如何用好當(dāng)前看來“不太好的軌道位置”，開源節(jié)流。

　　鄭永春分析認(rèn)為，“處理太空垃圾主要問題還是監(jiān)測和回收，現(xiàn)在大型碎片可以監(jiān)測起來，但數(shù)量更多的小型碎片還沒有很好地監(jiān)測，所以還需要全球聯(lián)手、國際合作，發(fā)揮各國優(yōu)勢(shì)，建立空間碎片監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)?！?/p>

　　為解決太空垃圾難題，目前國際組織訂立了幾項(xiàng)原則。包括：飛行器壽終正寢后，有能力離軌即離開有用軌道，到?jīng)]用的地方去；對(duì)已編號(hào)的全部碎片，要進(jìn)行全程跟蹤，目的是讓航天飛機(jī)、空間站、衛(wèi)星對(duì)較大碎片進(jìn)行避讓；在飛行器設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)考慮如何針對(duì)小碎片碰撞進(jìn)行有效防護(hù)等問題。

　　不過，值得注意的是，現(xiàn)有的原則仍面臨許多問題。有聲音認(rèn)為，有能力移除空間碎片的國家，就有可能摘除別國的航天器，從而威脅太空安全秩序。這在一定程度上也制約著太空垃圾的清理。

　　目前，世界各國對(duì)太空垃圾當(dāng)?shù)赖目臻g現(xiàn)狀多有認(rèn)識(shí)，各項(xiàng)清理工作和嘗試已經(jīng)開展，但毫無疑問的是，清理探索還只是剛剛開始，人類還有一系列的技術(shù)及規(guī)則難題需解決。（光明網(wǎng)記者宋雅娟）

　?。ú糠仲Y料引自中國科普博覽、新華社）