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神舟八號飛船已在茫茫太空中翱翔了整整一週的時間。從“神舟一號”到“天宮一號”再到“神舟八號”,我國航天工業十二年的努力,讓公衆對於太空那點事更加關注。
不過,太空遠非一片寧靜之地,爲了保證安全,神舟飛船與天宮一號的“聯合體”,每天都在太空中閃轉騰挪,只爲躲避那些飛來飛去的“太空垃圾”。
與此同時,美國報廢衛星“UARS” 、德國報廢衛星“倫琴”接連墜向地球的新聞,也讓人們突然發現,原來空間碎片也可以離我們很近。
太空活動是否已進入危險期?我國航天工業的發展,還面臨哪些困難?本報記者專訪了原中國“空間碎片行動計劃”專家組組長,中國科學院空間環境研究預報中心研究員都亨。
[現實]
太空垃圾每天都在往下掉
新聞觀點:在很多老百姓心中,衛星就像天上的風箏,那麼天上的風箏爲什麼會掉下來?
都亨:衛星能夠繞着地球飛,實際上一直受到地球的引力。打個比方,如果在平地上,你扔一個東西肯定會掉到地上,扔得越快,就能扔得越遠。那麼假設你扔得足夠快,扔得足夠遠,地球的球形效應就會顯現出來,東西一邊往下掉,地面也彎曲下來。所以如果你能扔到非常快的速度,它就掉不下來了,這就是衛星。
衛星一旦達到一定速度進入太空軌道,理論上就不需要動力了,它雖然一直往下“掉”,但地球也一直是彎曲的,衛星就會繞着地球運動。不過實際上,衛星還會受到一點點阻力,就是非常稀薄的大氣,失控的衛星沒有了動力,就會因爲這一點點阻力不斷地減速,慢了以後,衛星就會一點點往下掉,呈一個螺旋形收縮的過程,最終掉到地面。
新聞觀點:連續兩個月有廢舊衛星墜地,是偶然還是必然?
都亨:墜落到地球上的,我們叫做太空垃圾或是空間碎片。都是人類從事太空活動中產生的垃圾,每一個火箭打上去,都會產生太空垃圾。廢舊的衛星,也是太空垃圾。
原先我們對這個問題不重視,甚至還有觀點認爲,我們應該把地球上處理不了的垃圾也送到太空。從二三十年前,人們注意到太空垃圾的增多將會影響到未來,纔開始重視這個問題。應該說太空垃圾的增加速度現在緩下來了,但總量還是在增加。
在這個過程中,就不斷有太空垃圾掉下來,其實太空垃圾每天都在往下掉,從來就沒有停過。但是這麼大的垃圾,連續掉下來兩個,還是非常偶然的事件。
“太空垃圾墜地是低概率高風險”
新聞觀點:近期掉下來的兩個衛星,最終都沒有找到,是不是也說明我們目前沒有能力預測太空垃圾的墜落地點?
都亨:對,目前的科技手段還沒有辦法準確預測太空垃圾落地的位置,只能預測一個大概。
這是因爲太空垃圾墜落的速度太快,大氣本身又不是穩定均勻的狀態,況且太空垃圾通常不是一個簡單的球體,而是有各種零件、桁架的衛星,墜地前如何解體,我們很難計算。有人比喻這就像蓋房子拆房子,蓋的時候,我們都想蓋得越結實越好,越安全越好,可等拆房子的時候,又希望它是個豆腐渣工程。希望這些碎片很快就燒完,這個是矛盾的。
新聞觀點:今後還會不會有更大的太空垃圾墜地?
都亨:這個很有可能,未來可知比較大的太空垃圾將會有哈勃望遠鏡,還有國際空間站,這些最終都要報廢,然後掉下來,只是時間的問題。
新聞觀點:這是不是意味着,今後我們面臨着更多這樣的危險?
都亨:這就要看天上有多少垃圾,大的有多少,小的有多少,分佈是怎麼樣的。太空垃圾有大有小,大的幾米十幾米,小的幾釐米幾毫米,應該說小的很多,大的還是很少。體積小的,在落到地面前就在隕落的過程中燒燬了,能掉到地面的很少。
總體來看,這種事是低概率高風險。掉下來擊中人員或重要設施的概率是很低的。掉到海洋,誰都不知道,掉到農村,可能毀掉一片農田,可如果掉到城市,那危害就很大,但掉到城市本身的概率又很低。
對於可能產生的危害,各個國家的看法也不同,有些國家比較重視,應急事件中就有空間垃圾掉下來怎麼辦。
目前我們已知掉下來最大的太空垃圾,是前蘇聯和平號。最後掉到了南大西洋,沒造成什麼損失,不過它沿路掉下來經過的澳大利亞和日本等國都很緊張,還採取了預防措施。危害最大的是一個俄羅斯的核燃料罐,掉到了加拿大境內,污染了人家一大片土地,損失了幾千萬。
這次掉下來的兩個,還不算很大,也沒有引起太大關注,連最後掉到哪裏都不知道。可見老百姓不用太過於擔心。
“太空垃圾最大的危害,還是對於航天器的破壞”
新聞觀點:太空垃圾的危害,僅限於墜地的風險嗎?
都亨:(太空垃圾)隕落在空間碎片的危害中,其實還不是主要的一塊。我國從2000年開始了“空間碎片行動計劃”,這個計劃主要分三部分:空間碎片的監測預警,航天器的防護,還有減緩太空垃圾的增加。隕落只是監測預警中的一部分。
太空垃圾最大的危害,還是對於航天器的破壞。危害隨太空中衛星和太空垃圾數量的不斷增加而增加,數量越多,相撞的概率就越高。2009年,美國和俄羅斯衛星就發生了碰撞,給我們敲響了警鐘。近幾年我國的航天活動增多,無論是衛星還是載人飛船發射前時,我們也要考慮會不會與碎片相撞的問題。
新聞觀點:太空垃圾爲什麼有如此大的威力?
都亨:因爲太空垃圾的飛行速度非常高,我們知道繞地球飛行要達到第一宇宙速度,也就是大概每秒8公里的速度。這個比我們平常概念中汽車的速度,完全不在一個數量級上。而物體的動能,又是質量乘以速度的平方,這麼大速度的一個物體,哪怕質量只有幾克,其動量都非常大。如果一個10克的太空碎片撞到航天器上,其破壞力與一輛小汽車以100邁的速度撞擊相當。
新聞觀點:那麼怎麼能防止航天器與太空碎片相撞?
都亨:防護太空碎片有兩種方式,一種是我躲開你,一種是我加一個盔甲抗住你。
首先如果我要躲開你,我就要知道你的位置,計算你的軌跡,目前有把握測量的,大概是直徑10釐米以上的碎片,這樣的碎片在1000公里的高度以內,地面上可以測量計算,也就是目前能躲開你的限度。而如果要防,簡單來說就是給衛星加鋼板,但這樣衛星的重量就上去了。從現在的設計水平來說,我們連1釐米大的碎片都防不住,也就可以防住一兩毫米大小的。所以這兩者之間就有一個空當,現在是兩頭都在努力,一方面加強監測水平,另一方面加強防護能力,爭取把這個空當填上。
新聞觀點:歷史上曾經發生過因爲這個空當而發生的事故嗎?
都亨:這個問題很難說,因爲在這個空當上的太空垃圾,我們都看不見,監測不到。有的衛星突然壞了,我們都不知道它怎麼壞的,是不是因爲小碎片打壞的,沒有辦法證實。
新聞觀點:目前我國有能力監控太空碎片嗎?
都亨:目前我們的技術、設備還有很大的缺口,要24小時跟蹤這兩萬多個在太空中運行的物體,從資金和技術上,難度都非常大。原來我們總說光腳的不怕穿鞋的,而我們原來的應用衛星比較少算是光腳的。現在我們的衛星越來越多,對衛星的依賴越來越強,不敢說穿上鞋了,但至少穿上襪子了吧。我們國家的航天活動越來越多,對空間碎片的監測,國內需求已經很強了,所以必須擁有自己的監測能力,我們也在積極地做這個事情。
“太空垃圾回收,想的很多,做的很少”
新聞觀點:現在有2萬多個碎片,好像還在繼續增多吧?
都亨:這2萬多個還是能監測到的。國際上有一個臨界點理論,就是說如果空間碎片多到一個程度,就會突然產生連鎖反應,碎片互相碰撞,產生更多碎片,然後發生更多的碰撞,碎片數量倍增,隨後整個空間就不能用了,衛星無法在太空生存了。
這個理論道理上是對的,但什麼時候發生,密度到了多大會發生,現在沒有定論。原來美國曾經預測2000年前後就會發生,結果過了這麼多年,還沒有發生,可能與碎片減緩有關。現在看來還有段時間。但從道理來說,如果我們不去管,遲早要發生。
世界有航天實力的國家,都很關注減緩太空碎片的問題,甚至比低碳還積極,因爲航天大國更需要太空空間,更有動力做這個事。
新聞觀點:既然叫做“垃圾”,我們有辦法去回收這些“垃圾”嗎?
都亨:太空垃圾回收,現在想的很多,做的很少。想要回收,我們就要把它抓住,然後帶回來。想要抓住它,第一就要靠近,然後要對接,這跟天宮計劃很像。所以不管你是用網、用鉤子還是什麼“太空掃帚”來回收,都需要相關的技術,還需要大量的燃料,稍有不慎還會製造新的垃圾,所以說技術難度非常大。
另一種是讓碎片減速,靠大氣層消滅它。那就要給它貼個東西,增加它的阻力,或者用激光去打它,迫使它減速,這同樣也很難。
另外還有個問題,太空碎片的回收,其軍事背景太強了,如果你打得下碎片,就打得下人家衛星,大家都很忌諱去公開宣揚這樣的技術。但現在我們已經到了不得不去做的時候了。
[支招]
“大炮打蚊子”
好使不?
製造太空垃圾最多的美國,也是減少太空垃圾最爲勉力的國家之一。據媒體報道,近日美國的研究人員再次提出太空垃圾回收理論,提出了用地面發射激光的方法清理太空垃圾。
據報道,該方案通過論文的形式,出現在美國的一家科學網站上。論文中指出,可先利用大口徑望遠鏡精確捕捉太空碎片的軌跡,再利用地基激光發射器,發射大功率激光擊中碎片。激光射線的熱量,可以融化太空垃圾表面,同時產生的等離子體射流將推動太空垃圾脫離軌道,最終把太空垃圾消滅在大氣層中。
如此一招“大炮打蚊子”,其成本卻比發射專用航天器回收碎片更爲經濟。據報道,使用該方案擊落小型碎片,成本也許僅有幾千美元。與動輒上億的太空計劃相比,只能算是毛毛雨。
不過正如科學家與公衆輿論所擔憂,這樣的方案並非首創,卻具有很大的爭議性。畢竟擁有激光“大炮”的國家,不僅能夠擊落“蚊子”,更能擊落他國衛星和航天器。如果這樣的技術落入恐怖分子之手,其後果更加不堪設想。
主筆:吳楠
素描:宋溪H185
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