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太空垃圾能砸到我们吗?

撰文/龚钴尔  发表于 2019年04月01日

自从1957104日人类第一次成功地将人造地球卫星发射到外太空开始,已经有超过5000颗航天器被送上太空。其中,航天大国美国和前苏联(俄罗斯)的航天器占到了80%以上,其他国家和地区占到了20%。时至今日,只有300颗卫星还在为人类正常工作,其余的都成了太空垃圾,或者早已坠落,或者正在飘荡,或者被撞被炸,成为更细小的太空垃圾。

据统计,每年都有300块左右的人造航天器或残骸掉落地面,另有500多块陨石掉落地面。这样算的话,每年都有800多块物体从天而降,迄今为止,还没有过被这些天外来客击中造成伤亡的报道。可见到目前为止,从天上掉落航天器及碎片,砸到人的几率还是很小的。

 

体积、质量较大的近地航天器都会叶落归根

由于地球引力无处不在,基本而言,所有的近地航天器,其最终命运都会坠落地球,这是物理规律决定的。

当然,有一些深空探测航天器(比如“旅行者1号”、“旅行者2号”、“先驱者10号”和“先驱者11号”)都快飞出了太阳系,绝对不会再坠落到地球上了。此外,探测遥远天体的“新视野”号冥王星探测器,“卡西尼”土星探测器,形形色色的火星、金星、水星等等探测器,还有中国的“嫦娥一号”、“嫦娥二号”月球探测器,也是有去无回。

不过,这些不返回地球的深空探测器毕竟是少数,为数众多的各种对地观测卫星、天文卫星等人造天体早晚都会叶落归根,再次进入地球大气层。一般来讲,体积、质量比较小的航天器,在返回地球大气层时,和浓密的大气层发生摩擦,燃烧,会被烧得很干净,颗粒无存,对地面人类和建筑没有任何威胁。可是也有不少航天器,由于体积、质量都很大,再入大气层的时候,烧不干净,就会分解成不规则的残骸,坠落到地面,有可能击中人和建筑。

2011年引起人们不安的美国“高层大气研究卫星”就是这样一颗注定要回归地球的卫星。这颗卫星正是因为体积、质量较大(卫星高3米,直径10米,总重量为5.9吨),所以当初(1991年)是用拥有大货仓的航天飞机发射的。“高层大气研究卫星”大小相当于一辆大巴车,由坚固的钛合金建造,可想而知,在坠落地球时,它根本无法彻底被大气层烧毁,其残骸一定会落到地表。

一般而言,借助航天飞机发射的航天器,都是体积、质量较大的,比如“哈勃”太空望远镜、国际空间站的大型组件等等。

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在加拿大坠落的美国“高层大气研究卫星”的大小相当于一辆大巴车

 

大型航天器的坠落是可控的

2011年的这次卫星坠落事件,美国宇航局并没有做好安排。之所以这样说,是因为按照科学的操作,大型航天器都应该在服役期满之前,留足燃料,确保卫星在可控的状态下,对它实行“双规”,即航天器在规定时间、规定地点,坠落在地球上人烟稀少的海洋区域。

比如,2001年的俄罗斯“和平”号空间站,其体积、质量远比这颗“高层大气研究卫星”庞大多了,但它就能够在货运飞船注入足够的燃料后,乖乖地接受控制,落入南太平洋。“和平”号空间站堪称成功坠落航天器的典范。

此外,1979年坠落的美国“天空实验室”(美国的第一座空间站)也是个庞然大物,有80吨重。美国当年对它实施控制性坠落。当然,那一次坠落中也有“乌龙”事件,由于计算失误,本该坠入南印度洋的“天空实验室”,有部分残骸竟然落到了澳大利亚西部。为此,澳大利亚因为那堆太空垃圾,罚了美国宇航局400美元。

 

太空垃圾的飞行速度10倍于子弹出膛的速度

这次“高层大气研究卫星”坠落事件也牵扯到了另外一个不得不说的话题——太空垃圾。这颗卫星在2005年服役期满,至今已经做了6年的太空垃圾。和其他太空垃圾一样,它也曾经威胁过外太空的空间环境。

伴随着人类发射5000多颗航天器,航天科技突飞猛进之时,也产生了大量的太空垃圾,包括废旧卫星、飞船服务舱、火箭第三级、爆炸的航天器碎片、油漆片,航天操作中遗落的手套、扳手、丢弃的尿液⋯⋯我国1970年发射的、让国人为之骄傲的“东方红一号”卫星,也属于太空垃圾,至今仍在外太空飘荡。

据统计,地面能够监测到的10厘米以上的太空垃圾足有2万块,而10厘米以下无法监测的太空垃圾估计有上千万块。

这些特殊材料的太空垃圾的飞行速度都可以达到10倍于子弹出膛的速度,非常厉害。大块的能瞬间击穿、击毁一些正常运转的航天器;小块的、毫米级别的,也能击穿宇航员的宇航服,对人类太空探索活动威胁相当大。此外,有的航天器还携带核燃料,其危害就不单是撞击这么简单了。一旦发生事故,简直就是太空中的“福岛核事故”。

很多科学家认为,太空垃圾几乎到了一个临界点,对航天器造成一定的威胁,已发生多次互相碰撞的事件。有据可查的美国航天飞机就曾被小块的太空垃圾袭击过。“哈勃”太空望远镜也是体无完肤,体积更庞大的国际空间站更是难逃袭击。

 

怎样应对太空垃圾难题

目前,人类面对越来越多、十分棘手的太空垃圾问题,究竟该怎么办?

首先,规范航天发射,减少太空垃圾的产生。

其次,通过雷达、天文望远镜等手段加强观测和监测,及时发出预报和警报。

同时,航天器要设置躲避功能,在重要位置考虑安装一些防撞设备。甚至可以考虑在未来的航天器中采用可自动降解的新材料,航天器服役期满后自行消融。当然,这有点像科幻。

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凯斯勒现象

针对太空垃圾这个问题,前美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒,于1978年提出了一种理论假设。该假设认为,当在近地轨道的航天器密度达到一定程度时,它们会产生碰撞,形成碎片,造成更多碰撞⋯⋯这意味着近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖。由于失去能够安全运行的轨道,在之后的数百年内,太空探索和人造卫星等的发射计划将无法实施。2008年的动画电影《机器人总动员》中有一个令人震撼的画面,不仅地球表面被科技发展导致的垃圾所覆盖、占领,就连外太空也是密布着各种废旧航天器,形成一个太空垃圾包围圈,再现了“凯斯勒现象”。

 

太空垃圾问题考验人类的智慧。如果真有一天,“凯斯勒现象”成为现实,地球周边的太空环境“大雪封山”,一切就麻烦了。


(本文发表于《科学世界》2011年第11期)


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