论文部分内容阅读
卫星“NanoRacks- Remove Debris”的照片,由NASA公布。这个外形酷似漫威科幻电影《惊奇队长》里“宇宙魔方”的卫星有着特别的用途:它可以收集太空中漂浮的垃圾碎片,并将其烧毁在地球大气层里。
前不久,距离地球一千多公里外的太空中,两枚太空垃圾向彼此靠拢,一度仅有25米的距离。如果它们相撞,形成的碎片云可能使近地轨道的空间碎片量增加10%至20%。这等于在地球上空放了一场巨大的烟花,而当烟花落下,我们每个人都将遭受重击。一时间,太空垃圾成为“热搜体”。事实上,近年来太空垃圾一直是各国科学家们致力解决的问题。它们对于我们的影响,绝对超乎你的想象。
致命的太空垃圾在敲门
根据欧洲航天局统计,目前大概有34000个直径超过10厘米的各类人造废弃物及其衍生物环绕着地球,此外,直径1厘米~ 10厘米之间的废弃物超过90万个,小于1厘米的物体数量则超过1.28亿个。它们环绕地球飞行,却毫无用处,于是被统称为“太空垃圾”。
中国第一位飞天航天员杨利伟曾经回忆说,他在太空里听到了许多“咚、咚、咚”的响声,但他不知道声音的来源是什么。而这很有可能就是太空垃圾撞击飞船时发出的声音。寂静无声的浩瀚太空里,致命的太空垃圾在敲门……想想还挺吓人。
由于近地轨道上的物体飞行速度极快,即使是很小的太空垃圾碎片也裹挟着巨大的动能。它们就像静卧在轨道上的地雷,让地球危机四伏。
更令人担忧的是,大型太空垃圾很可能会导致世界末日的到来。虽然,一旦有太空垃圾的碰撞概率达到0.001%,人类就会对卫星轨道进行干预,但垃圾数量庞大,总让人觉得防不胜防。
有人认为,0.001%的概率对地球产生的影响微乎其微。但仅在2020年,就发生了三起潜在的、需要人为干预的太空垃圾碰撞事故。幸得我们足够警惕,事故最终没有发生,但每次预警都还是让全球监测站为人类的生死存亡捏了一把冷汗。
原来是这样的太空垃圾
从人类踏入太空至今,已经产生了上亿块总重量超过8400吨的太空垃圾。其中大部分垃圾来自散落的火箭零件。当火箭升空后,其第一级,通常会自然地落人大气层烧毁,但其他部分就没有这么幸运了。它们在外太空与火箭主体剥离,永恒地漂浮在地球上空,无法前进,也不能下落。比如,发射阿波罗12号的土星5号火箭的第三级,就是一个著名的太空垃圾,科学家们亲切地将它命名为“J002E3号天体”,并密切监控,避免它在不知不觉中要了我们的命。
除了火箭,卫星也是太空垃圾的一大来源。几个月前,哈佛一史密松天体物理学中心的科学家乔纳森-麦克道尔就对科技狂人马斯克的SpaceX公司发出了警告。他对照了SpaceX和美国政府的数据后,发现已经发射上天的800多颗星链卫星中,大约有3%因故障而失效。数据看起来并不算高,但由于该太空卫星互联网计划规模庞大,即使3%的卫星失效,长此以往,数量也相当可畏——可能产生1200多颗“死”卫星……
更可怕的是,每一颗“死”卫星,还会继续产生更多的太空垃圾。早在1978年,美国航天局太空碎片研究专家唐纳德·凯斯勒就意识到了这种危险。按他的计算,如果地球低轨道的太空垃圾密度超过一定的数值,将产生级联碰撞,也就是一块碎片被碰撞后会产生多个碎屑,当这些碎屑又和其他太空垃圾发生碰撞,则会产生更多的碎屑,最终导致低轨道区域布满太空垃圾,使低空卫星在这一区域很难“存活”,甚至人类发射更高轨道的卫星计划也会因此搁浅。
欧洲航天局的太空垃圾专家本杰明·巴斯提达充满了担忧:“即使我们现在不再向太空发射任何东西,在200年内,大块垃圾会碎成为小块垃圾,从而让太空无法使用。”
所以,如果人类想继续探索太空的星辰大海,清理太空垃圾刻不容缓。
垃圾越来越多,人类何去何从
面对太空垃圾,各国都在积极行动。国际空间站是人类航天史上一座重要的里程碑。它有近两个足球场那么大,由于位于低轨道区域,周围遍布太空垃圾,国际空间站俨然成了一个活靶子。为了应对潜在的威胁,科学家们研发出了“惠普尔护盾”以保护国际空间站的安全。利用“物体在高速撞击时,会爆发出极高的能量,从而使物体本身破碎、蒸发”的原理,“惠普尔护盾”采用了双层设计。当小于1厘米的太空垃圾击穿第一层护盾时,会碎成粉末,粉末对第二层的威胁相对减小,也许只会在空间站外表面留下微小的灼烧痕迹。但当大于1厘米的碎片来袭,人类除了改变空间站的运行轨道,能做的也只有祈祷。
2019年,欧洲航天局宣布,委托一家名为ClearSpace的公司,计划在2025年开展人類第一个太空垃圾清理任务,由清理卫星ClearSpace-1执行任务。这颗卫星像一只大蜘蛛,它清理太空垃圾的方式是进入太空,耐心织网,慢慢接近垃圾,然后俘获它们,再开启返回推进器,与它们一起坠回地球。整个过程堪称一场“死亡拥抱”。
其实,治理太空垃圾,科学家们一直都在提出设想,大开脑洞。比如,有科学家曾设计出一个带有捕捉网的清理卫星,试图将轨道中的大碎片都“捞”回地球。如果垃圾太大,捞不住,则从卫星上发射一枚鱼叉叉住。为了避免越清理越脏,有的科学家还提出了一些更加疯狂的想法,比如,在轨道上放上一块巨型磁铁,把太空垃圾全都吸过来……
真的很拼了。毕竟,我们把太空当成垃圾桶,未来,这只垃圾桶必然要倒扣在我们自己头上。
垃圾 垃圾=更多的垃圾
2009年,美国的通信卫星“铱-33”与俄罗斯的报废卫星“宇宙2251”发生了碰撞,两颗卫星随即从两块垃圾,变为了两团由碎片组成的“垃圾云”。
垃圾连连看
1986年,“阿丽亚娜”号火箭爆炸,其残骸击毁了两颗日本通信卫星,同归于尽,统统变成了垃圾。十年后,这些垃圾又撞上了法国军用卫星“Cerise”,使该卫星严重损坏,又变成了垃圾。
最可惜的太空垃圾
2010年,欧洲空间局发射( ESA)的“Envisat”地面遥感卫星为了躲避一枚火箭残骸紧急变轨。监测站的科学家们全军出动,经过了精密的计算,好不容易得出一个安全的变轨方案。但该卫星已经消耗了过多燃料,最后无力返回地面,成为了巨大的太空垃圾。
与垃圾斗智斗勇的宇航员
2020年9月22日,国际空间站面对垃圾来袭,不得不升高轨道以躲避潜在的碰撞风险。当时在轨的3名宇航员也被迫全部离开空间站,进入俄罗斯“进步号”货运飞船避难。
前不久,距离地球一千多公里外的太空中,两枚太空垃圾向彼此靠拢,一度仅有25米的距离。如果它们相撞,形成的碎片云可能使近地轨道的空间碎片量增加10%至20%。这等于在地球上空放了一场巨大的烟花,而当烟花落下,我们每个人都将遭受重击。一时间,太空垃圾成为“热搜体”。事实上,近年来太空垃圾一直是各国科学家们致力解决的问题。它们对于我们的影响,绝对超乎你的想象。
致命的太空垃圾在敲门
根据欧洲航天局统计,目前大概有34000个直径超过10厘米的各类人造废弃物及其衍生物环绕着地球,此外,直径1厘米~ 10厘米之间的废弃物超过90万个,小于1厘米的物体数量则超过1.28亿个。它们环绕地球飞行,却毫无用处,于是被统称为“太空垃圾”。
中国第一位飞天航天员杨利伟曾经回忆说,他在太空里听到了许多“咚、咚、咚”的响声,但他不知道声音的来源是什么。而这很有可能就是太空垃圾撞击飞船时发出的声音。寂静无声的浩瀚太空里,致命的太空垃圾在敲门……想想还挺吓人。
由于近地轨道上的物体飞行速度极快,即使是很小的太空垃圾碎片也裹挟着巨大的动能。它们就像静卧在轨道上的地雷,让地球危机四伏。
更令人担忧的是,大型太空垃圾很可能会导致世界末日的到来。虽然,一旦有太空垃圾的碰撞概率达到0.001%,人类就会对卫星轨道进行干预,但垃圾数量庞大,总让人觉得防不胜防。
有人认为,0.001%的概率对地球产生的影响微乎其微。但仅在2020年,就发生了三起潜在的、需要人为干预的太空垃圾碰撞事故。幸得我们足够警惕,事故最终没有发生,但每次预警都还是让全球监测站为人类的生死存亡捏了一把冷汗。
原来是这样的太空垃圾
从人类踏入太空至今,已经产生了上亿块总重量超过8400吨的太空垃圾。其中大部分垃圾来自散落的火箭零件。当火箭升空后,其第一级,通常会自然地落人大气层烧毁,但其他部分就没有这么幸运了。它们在外太空与火箭主体剥离,永恒地漂浮在地球上空,无法前进,也不能下落。比如,发射阿波罗12号的土星5号火箭的第三级,就是一个著名的太空垃圾,科学家们亲切地将它命名为“J002E3号天体”,并密切监控,避免它在不知不觉中要了我们的命。
除了火箭,卫星也是太空垃圾的一大来源。几个月前,哈佛一史密松天体物理学中心的科学家乔纳森-麦克道尔就对科技狂人马斯克的SpaceX公司发出了警告。他对照了SpaceX和美国政府的数据后,发现已经发射上天的800多颗星链卫星中,大约有3%因故障而失效。数据看起来并不算高,但由于该太空卫星互联网计划规模庞大,即使3%的卫星失效,长此以往,数量也相当可畏——可能产生1200多颗“死”卫星……
更可怕的是,每一颗“死”卫星,还会继续产生更多的太空垃圾。早在1978年,美国航天局太空碎片研究专家唐纳德·凯斯勒就意识到了这种危险。按他的计算,如果地球低轨道的太空垃圾密度超过一定的数值,将产生级联碰撞,也就是一块碎片被碰撞后会产生多个碎屑,当这些碎屑又和其他太空垃圾发生碰撞,则会产生更多的碎屑,最终导致低轨道区域布满太空垃圾,使低空卫星在这一区域很难“存活”,甚至人类发射更高轨道的卫星计划也会因此搁浅。
欧洲航天局的太空垃圾专家本杰明·巴斯提达充满了担忧:“即使我们现在不再向太空发射任何东西,在200年内,大块垃圾会碎成为小块垃圾,从而让太空无法使用。”
所以,如果人类想继续探索太空的星辰大海,清理太空垃圾刻不容缓。
垃圾越来越多,人类何去何从
面对太空垃圾,各国都在积极行动。国际空间站是人类航天史上一座重要的里程碑。它有近两个足球场那么大,由于位于低轨道区域,周围遍布太空垃圾,国际空间站俨然成了一个活靶子。为了应对潜在的威胁,科学家们研发出了“惠普尔护盾”以保护国际空间站的安全。利用“物体在高速撞击时,会爆发出极高的能量,从而使物体本身破碎、蒸发”的原理,“惠普尔护盾”采用了双层设计。当小于1厘米的太空垃圾击穿第一层护盾时,会碎成粉末,粉末对第二层的威胁相对减小,也许只会在空间站外表面留下微小的灼烧痕迹。但当大于1厘米的碎片来袭,人类除了改变空间站的运行轨道,能做的也只有祈祷。
2019年,欧洲航天局宣布,委托一家名为ClearSpace的公司,计划在2025年开展人類第一个太空垃圾清理任务,由清理卫星ClearSpace-1执行任务。这颗卫星像一只大蜘蛛,它清理太空垃圾的方式是进入太空,耐心织网,慢慢接近垃圾,然后俘获它们,再开启返回推进器,与它们一起坠回地球。整个过程堪称一场“死亡拥抱”。
其实,治理太空垃圾,科学家们一直都在提出设想,大开脑洞。比如,有科学家曾设计出一个带有捕捉网的清理卫星,试图将轨道中的大碎片都“捞”回地球。如果垃圾太大,捞不住,则从卫星上发射一枚鱼叉叉住。为了避免越清理越脏,有的科学家还提出了一些更加疯狂的想法,比如,在轨道上放上一块巨型磁铁,把太空垃圾全都吸过来……
真的很拼了。毕竟,我们把太空当成垃圾桶,未来,这只垃圾桶必然要倒扣在我们自己头上。
垃圾 垃圾=更多的垃圾
2009年,美国的通信卫星“铱-33”与俄罗斯的报废卫星“宇宙2251”发生了碰撞,两颗卫星随即从两块垃圾,变为了两团由碎片组成的“垃圾云”。
垃圾连连看
1986年,“阿丽亚娜”号火箭爆炸,其残骸击毁了两颗日本通信卫星,同归于尽,统统变成了垃圾。十年后,这些垃圾又撞上了法国军用卫星“Cerise”,使该卫星严重损坏,又变成了垃圾。
最可惜的太空垃圾
2010年,欧洲空间局发射( ESA)的“Envisat”地面遥感卫星为了躲避一枚火箭残骸紧急变轨。监测站的科学家们全军出动,经过了精密的计算,好不容易得出一个安全的变轨方案。但该卫星已经消耗了过多燃料,最后无力返回地面,成为了巨大的太空垃圾。
与垃圾斗智斗勇的宇航员
2020年9月22日,国际空间站面对垃圾来袭,不得不升高轨道以躲避潜在的碰撞风险。当时在轨的3名宇航员也被迫全部离开空间站,进入俄罗斯“进步号”货运飞船避难。