德太空望遠鏡將墜地 太空垃圾如何處理成難題
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- 時間:2011/10/11 10:04:49 來源:網(wǎng)易探索
核心提示：在設(shè)計和制造航天器時，設(shè)計師應(yīng)盡量少采用最后脫離母體的部件。科學(xué)家則應(yīng)改善追蹤手段，更準確預(yù)測廢棄衛(wèi)星的墜落時間。實際上，如果衛(wèi)星仍有燃料和電力，科學(xué)家可以在海洋為其尋找一個安全墜落點，但通常的情況卻是既無燃料，也無電力。
藝術(shù)概念圖，展現(xiàn)了德國的ROSAT太空望遠鏡。
網(wǎng)易探索10月11日報道 54年前，蘇聯(lián)發(fā)射了人類歷史上的第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克一號”，半個多世紀之后，宇航員進入近地太空已經(jīng)變得司空見怪。在太空探索的征途中，我們?nèi)〉昧艘幌盗谐删停瑫r也制造了大量太空垃圾。它們的存在以及如何處理成為一個老大難問題。
每次發(fā)射航天器都會制造大量垃圾，例如螺栓、推進器、連接環(huán)和絕緣材料。根據(jù)美國宇航局、北美航空航天防御司令部、美國聯(lián)邦通信委員會以及美國其他機構(gòu)和國際機構(gòu)提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，盤旋在地球上空的太空垃圾數(shù)量驚人，10厘米以上的太空垃圾達到1.7萬個，2.5到7.5厘米的太空垃圾達到20萬個，2.5厘米以下的太空垃圾更是達到數(shù)百萬之多。
在個頭最大的太空垃圾中，很多垃圾的尺寸都遠遠超過10厘米，例如老化和廢棄的衛(wèi)星，其中一些的體積與校車相當，重量達到數(shù)噸，像廢棄的游艇一樣在太空中游蕩。9月末，宇航局1991年發(fā)射的一顆重6噸的衛(wèi)星墜落地球，最后安全落入南太平洋。在此之前，這顆衛(wèi)星一度讓很多科學(xué)家神經(jīng)過敏，他們密切關(guān)注衛(wèi)星的軌道，試圖確定何時墜落以及具體墜落地點。
幾天前，德國航天局宣布2.5噸重的太空望遠鏡ROSAT將在10月末或者11月初墜落地球，墜落地點仍是一個未知數(shù)。8月，俄羅斯的“聯(lián)盟”號飛船——美國宇航局唯一可以乘坐的太空出租車——助推器發(fā)生故障，引發(fā)很多人討論是否應(yīng)該廢棄國際空間站，讓這個109米長的太空實驗室墜落地球。借助自身攜帶的助推器實現(xiàn)平衡和提升軌道，空間站不可能在近期內(nèi)墜地，相比之下，其他太空垃圾如果不發(fā)生相撞，最終都將墜落地球。
2009年，美國和俄羅斯的兩顆退役衛(wèi)星發(fā)生相撞，如果衛(wèi)星上有人，必遭受滅頂之災(zāi)。巨大的碎片帶似乎讓類似事故變得不可避免，但根據(jù)《時代》雜志的報道，在2009年相撞事故之后，這種風(fēng)險已經(jīng)降至最低，原因在于：所有在軌物體都處于同一高度并且以同樣的速度移動，即每小時28200公里。也就是說，它們相對靜止不動。
為了縮小太空中兩個物體之間的距離，就必須改變相對速度。以“聯(lián)盟”號飛船和空間站為例，“聯(lián)盟”號需要利用推進器加速，速度的提升不能對空間站構(gòu)成威脅，同時能夠順利與空間站對接。如果這兩個物體均改變軌道，一個降低軌道（需要減速），另一個提升軌道（需要加速），問題就會出現(xiàn)。這就相當于高速路上的汽車并道，結(jié)果可能是一團糟。
更為嚴重的是，如果兩個物體在不同的軌道面飛行或者與赤道呈傾角，便會發(fā)生相撞。美國發(fā)射的航天器大部分傾斜28.5度，以確保航天器飛越美國大陸塊。俄羅斯航天器大部分選擇51.6度。2009年的事故告訴我們兩個軌道面交叉究竟會發(fā)生什么。
追蹤大塊太空垃圾相對較為容易，追蹤小到只有沙粒大小的太空垃圾則面臨很大挑戰(zhàn)。它們在飛行過程中能量不斷提高，與個頭不成比例，能夠?qū)υ谲壓教炱鲙韨Γ缈臻g站。空間站由一個個密封艙構(gòu)成的主要原因在于：這是將所有部件送入軌道的最簡單途徑。如果高速飛行的顆粒穿透一個節(jié)點艙的外殼，致使壓力減少，其他節(jié)點艙可以充當宇航員撤離后棲身的避難室。
我們無需為大大小小的太空垃圾過分擔憂，因為在穿越地球大氣層過程中，絕大多數(shù)碎片在墜地前就已經(jīng)化為灰燼。但如果個頭太大，航天器在穿越大氣層時并不會完全燃燒殆盡。1979年7月，宇航局太空實驗室的大塊碎片便穿過大氣層并最終墜入澳大利亞內(nèi)陸地區(qū)。此外，航天器的部分組件具有較高的耐火性，能夠在重返大氣層過程中幸存。以德國ROSAT為例，這架太空望遠鏡采用厚重的耐熱玻璃和陶瓷制造反射鏡，預(yù)計將有大約30塊不同大小的玻璃和陶瓷碎片墜地。
地面上的人被ROSAT碎片擊中的幾率很少，只有大約1/2000，相比之下，最后落入太平洋的美國衛(wèi)星的幾率為1/3200。解決太空垃圾問題的手段并不多。在設(shè)計和制造航天器時，設(shè)計師應(yīng)盡量少采用最后脫離母體的部件。科學(xué)家則應(yīng)改善追蹤手段，更準確預(yù)測廢棄衛(wèi)星的墜落時間。實際上，如果衛(wèi)星仍有燃料和電力，科學(xué)家可以在海洋為其尋找一個安全墜落點，但通常的情況卻是既無燃料，也無電力。
