太空垃圾清理大作戰(zhàn)

出于某種奇怪的本能，人類偏愛在所到之處留下痕跡。百萬年歷史地貌被無情踩踏、最美自然景點垃圾成山等報道比比皆是。但你以為只有在我們居住的地球空間才會出現(xiàn)這樣的情況嗎？實際上，有此“特長”的人類同樣沒有放過浩瀚的宇宙。只是當(dāng)我們意識到這個問題時，太空垃圾也已泛濫成災(zāi)了。

太空時代產(chǎn)生的垃圾

自1957年第一顆地球軌道衛(wèi)星“斯普特尼克1號”發(fā)射以來，人類的探索活動在太空中留下了大量廢棄物，小到涂料碎片、宇航員太空行走時丟掉的裝備，大到火箭助推器、停止工作的廢棄衛(wèi)星。

據(jù)估計，介于1毫米到1厘米之間的太空垃圾有約1.28億塊，1厘米到10厘米間的有約90萬塊，10厘米以上的有約34000塊。地球附近的太空已十分擁擠。

在近地軌道上，這些碎片以平均7.9千米/秒的速度飛行——比子彈的速度還要快10倍，這意味著即便是非常小的碎片也能破壞在役航天器。其中1厘米到10厘米之間的碎片是航天器殺手，它們的尺寸一方面足以對航天器構(gòu)成嚴(yán)重威脅，另一方面又因為太小而無法被追蹤。更大的碎片能通過長期追蹤提前規(guī)避，以國際空間站（ISS）為例，它每年至少要機動一次，以躲避可能致命的撞擊。

據(jù)統(tǒng)計，2010年威脅航天器正常運行的危險接近事件平均每周發(fā)生13000次，科學(xué)家預(yù)計到2059年這個數(shù)字將上升至50000次。而主動規(guī)避太空垃圾會使航天器增加燃料消耗、縮短服務(wù)時間，以及提高發(fā)射成本。

2009年2月10日，美國通信衛(wèi)星“銥星33”和俄羅斯已報廢的“宇宙2251”衛(wèi)星在西伯利亞北部地區(qū)上空789千米處發(fā)生碰撞，致使大約2000塊大型碎片進入太空。

雷達可以追蹤低軌道上的碎片，望遠鏡則能追蹤2000千米至36000千米高的中軌道以及地球同步軌道上的物體，不過望遠鏡無法發(fā)現(xiàn)直徑小于1米的碎片。除此之外，科學(xué)家還會借助射頻技術(shù)檢測衛(wèi)星是否存在異常。

追蹤技術(shù)只能對碰撞危險進行預(yù)警，這是遠遠不夠的。如果不采取更有效的措施處理這些太空垃圾，終有一日我們將再也無法發(fā)射載人航天器，也不能用衛(wèi)星傳輸電視信號、預(yù)報天氣、連接移動網(wǎng)絡(luò)或提供全球定位服務(wù)。

人類將哪些垃圾丟在了太空

手套

美國“雙子星4號”的宇航員愛德華·華特1965年丟失的手套，曾以每小時2.8萬千米的速度飛行，專家稱之為在小尺寸垃圾中“危險性最大的垃圾”。

照相機

2006年12月的“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機遺失了一臺照相機。

工具包

2008年，美國宇航員海德馬里·斯特凡尼斯海寧·皮珀在一次太空行走中遺失了一個內(nèi)含潤滑槍的工具包。2009年8月，這個工具包重新落入大氣層。

“神秘”金屬球

1965年，從“雙子星”飛船上掉落的一顆金屬球在澳大利亞西部地區(qū)引發(fā)了一陣恐慌，人們誤以為它來自UFO。

200袋垃圾

“和平號”空間站上的宇航員在1986年至2001年間丟進太空的垃圾量。

4.8億根銅針

1963年，作為“西福特計劃”（意圖人工制造一個電離層）的關(guān)鍵一環(huán)，美國軍方將數(shù)億根銅針發(fā)射到3700千米高的環(huán)地球軌道上，其中一些針至今仍然在軌。

128千克核電池冷卻劑

泄漏自早已不工作的蘇聯(lián)雷達型海洋監(jiān)視衛(wèi)星。

30萬塊碎片

1996年，“飛馬座”火箭上升級爆炸后產(chǎn)生了諸多碎片。

這些人類制造的太空垃圾，就像是馬路上隨意亂開的汽車一樣漂浮在太空軌道上。不經(jīng)過追蹤，你無法知道它們什么時候停住、何時會突然進行變線……由于它們的相對速度較大，小到幾毫米的油漆碎片都足以給人造衛(wèi)星或者載人飛船造成致命損傷?？梢哉f，這些看似不起眼的碎片是宇宙“交通事故”最大的潛在“肇事者”。

太空垃圾的殺傷力

說完天上的事，我們再說說地上的事。太空垃圾離我們這么遠，能有什么危害呢？太空垃圾除受到來自地球的萬有引力以外，還受到來自太陽、月球、地球大氣層等的多種力的作用。在這些力的共同作用下，某些碎片的軌道會緩慢發(fā)生改變，具體地說就是高度越來越低，最后碎片會落到地面上。我們應(yīng)該慶幸，地球外面包裹了一個叫大氣層的東西，很多碎片在隕落過程中會在大氣層里燒毀，但也有個頭超大燒不干凈的，最后落到地面上。它們會造成什么危害呢？

1.有毒。

大部分火箭或航天器的燃料都含有劇毒，屬于有害垃圾，一旦落到地面，危害極大。為了清理這些落地的有害垃圾，就需要斥巨資。1978年1月24日，蘇聯(lián)雷達衛(wèi)星發(fā)生故障，在加拿大上空解體，衛(wèi)星上30千克的濃縮鈾和反應(yīng)堆隕落，放射性碎片灑落在80萬米長的地面帶上，造成了嚴(yán)重污染，清除的費用高達1400萬美元。

2.直接砸人。

太空垃圾砸人事故確實發(fā)生過一起（到目前為止也是唯一的一起）。1997年春天的一個晚上，一位叫洛蒂·威廉姆斯的美國女士在遛彎時肩膀被一個東西撞了一下。事后確認(rèn)，那是一塊火箭殘骸形成的碎片。她成了第一個也是唯一一個被太空垃圾砸到的地球人。

自人類歷史進入航天時代以來，太空垃圾造成的事故不在少數(shù)。1991年12月，俄羅斯已廢棄的人造衛(wèi)星“宇宙1934”與飛船“宇宙926”釋放出的一大塊物體相撞，旋即發(fā)生爆炸;2013年3月，俄羅斯衛(wèi)星與一小塊中國衛(wèi)星被擊毀后產(chǎn)生的碎片相撞，再次在太空中發(fā)生爆炸……

太空垃圾處理辦法

如今，各國科學(xué)家只能借由操縱航天器改變軌道，采取躲的方式來避免與碎片相撞。但隨著太空垃圾的問題愈發(fā)嚴(yán)峻，再不及時清理，必將后患無窮。因此，全世界的航天界人士都在研制各種方法來清除回收太空垃圾，比如用高強度纖維編織的空垃圾網(wǎng)攔截碎片，或是將太空垃圾送到更高的空間軌道等。其中比較有意思的，是那些從動物身上獲得的點子。

2017年8月，美國斯坦福大學(xué)的科學(xué)家就受壁虎啟發(fā)，研制出一種能抓住太空漂浮物體的機械抓手。這項成果發(fā)表在美國《科學(xué)·機器人學(xué)》雜志上，并受到了廣泛的關(guān)注。

現(xiàn)實中，我們經(jīng)?？吹奖诨⒛茉趬Ρ凇⑻旎ò宓裙饣钠矫嫔涎杆倥佬?，這一技能得益于它腳上布滿了細微的皮瓣和毛發(fā)等。這些構(gòu)造使壁虎在跟任何表面完全接觸時，都能產(chǎn)生非常大的吸附力，使自身黏附其上。利用類似的原理，研究者研發(fā)出一種仿壁虎材料，并將兩塊材料組合成一個抓手。

在實驗室、零重力環(huán)境下的測試顯示，這種“壁虎抓手”不僅能抓取并操作重達370千克的大物體，也能抓取并操作不到300克的小物件。這意味著，它能抓取不同形狀、大小以及材料的太空垃圾。但為了保險起見，它仍在進行改進，并將運往國際空間站做進一步測試。

除了壁虎，科學(xué)家也參考了鳥類的飛翔特性：他們想到給太空垃圾插上“翅膀”，讓它們自己飛回地球。2010年3月，英國科學(xué)家就設(shè)計了一種“立方帆”，來對付體積較大的太空垃圾。

在立方帆的內(nèi)部，安裝有一張折疊起來的聚合膜。當(dāng)它被發(fā)射到太空中后，這張膜就會張開，面積可達25平方米。當(dāng)立方帆附近出現(xiàn)太空垃圾時，地面人員就會發(fā)出指令，小型動力裝置就會開啟，靠近垃圾碎片進行“對接”工作，使立方帆自身與碎片結(jié)合為一體。之后，立方帆會利用地球高空的稀薄空氣，帶著報廢的衛(wèi)星等垃圾“飛”離原軌道。

雖說地球高空軌道上的空氣分子密度極低，但卻足以讓立方帆緩緩減速，降低軌道，這樣就能使太空垃圾在較短時間內(nèi)墜入大氣層，自動燒毀。

值得一提的是，一張立方帆的投資大約100萬歐元左右。一旦研發(fā)成功，它可以說是處理太空垃圾的方法中性價比最高的，能較大幅度降低太空垃圾處理的成本。

此外，還有科學(xué)家提出向太空中發(fā)射3000米寬的“漁網(wǎng)”，企圖將太空垃圾撞離軌道。甚至有人提出這樣有趣的想法：將氣球送上太空，制造出一陣狂風(fēng)將碎片猛吹向大氣層。

除了清理垃圾碎片，航天界還應(yīng)從源頭上控制垃圾。隨著太空飛行器的增多，地球同步衛(wèi)星軌道位置的分配問題也越發(fā)受到關(guān)注。因此，協(xié)同各國對軌道位置進行合理、有效地分配就顯得格外重要。它需要各國協(xié)同合作，按需求和可能優(yōu)化空間軌道的安排。

在對待太空垃圾的問題上，我國承擔(dān)起了一個大國的責(zé)任。2000年，我國就啟動了“空間碎片行動計劃”，對太空垃圾進行監(jiān)控和主動處理。值得一提的是，我國在清理太空垃圾領(lǐng)域算是獨領(lǐng)風(fēng)騷：2016年，我國發(fā)射的“遨龍一號”裝載了一臺機械臂，它能準(zhǔn)確地抓住速度超快的垃圾碎片。這是世界上第一個主動的軌道碎片離軌清除試驗項目。

太空垃圾涉及的問題很復(fù)雜，絲毫不亞于地球上大氣與水體污染問題。光是不斷完善環(huán)境法以及道德約束還不夠，人類得將環(huán)境保護意識拓寬到全宇宙，世界才能重新變得安全且潔凈。