太空垃圾：小東西，大威脅

呂　哲

20世紀(jì)50年代，當(dāng)人類開始向太空發(fā)射各種航天器的時(shí)候，幾乎所有人都為征服自然而歡呼雀躍，根本就沒有人會(huì)想到，總有一天，那些完成了歷史使命而因?yàn)闊o法回收被廢棄在太空中的航天器，會(huì)變成致命的太空垃圾，從而給人類自己帶來難以想像的麻煩。現(xiàn)在，各種太空垃圾不僅威脅到了在太空飛行的衛(wèi)星，而且已危及地球上的居民，人類再也不能對(duì)這類垃圾熟視無睹了。

事實(shí)上，在地球的近地軌道上，也分布著一些自然生成的“宇宙碎屑”。它們大多是彗星和流星的殘骸或者是宇宙塵埃的聚合物，它們是自然界生成的太空垃圾。而我們所謂的太空垃圾，是指那些廢棄或者失控的人造航天器、火箭的末級(jí)、整流罩的零件、螺栓、墊圈兒、各種各樣的金屬塊兒和脫落的涂料等。這些垃圾，無一例外都是人類太空活動(dòng)的副產(chǎn)品，而由此造成的太空環(huán)境污染，已經(jīng)開始直接威脅到人類的太空活動(dòng)。

就目前的實(shí)際情況來看，太空垃圾因其成因和存在方式的復(fù)雜性而難以確切統(tǒng)計(jì)其數(shù)量。據(jù)英國(guó)研究太空垃圾的權(quán)威《宇宙半途》一書的作者羅維爾估計(jì)，自從1957年10月4日前蘇聯(lián)發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星，從而開辟太空時(shí)代以來，人類在距地面800千米～1500千米的宇宙空間里，制造了超過2000噸的垃圾。而一些美國(guó)的科學(xué)家則認(rèn)為，目前“游弋”在近地軌道上的太空垃圾，大約已有25萬塊。雖然，其中有許多物體在飄蕩一定時(shí)期以后，將會(huì)在進(jìn)入大氣層時(shí)燒掉，但是依然有大約9000件左右的太空垃圾將在短時(shí)期內(nèi)，對(duì)正常工作的航天器構(gòu)成威脅。而因?yàn)轶w積較大而具有潛在威脅的太空垃圾，超過10萬件，這其中包括有2500顆失效廢棄的衛(wèi)星。而另外的一些太空科學(xué)家認(rèn)為，以上的這些都只是保守估計(jì)，實(shí)際的垃圾總量可能會(huì)更多。

太空垃圾對(duì)于人類太空活動(dòng)的主要威脅，不僅僅在于它的數(shù)量，更在于它致命的速度。只要學(xué)過高中物理的人都知道，物體的速度越快，相應(yīng)地沖擊力也就越大。而對(duì)于飛行在宇宙空間中的太空垃圾而言，它所擁有的不可控制的高速度，對(duì)于正常工作的航天器而言，是一種不折不扣的“恐怖”。根據(jù)專家的計(jì)算，一個(gè)13毫米的鉛球，當(dāng)它成為太空垃圾并且以每秒10千米的速度在太空中飛行時(shí)，其撞擊的威力，相當(dāng)于一門22毫米口徑機(jī)關(guān)炮所射出炮彈的破壞力。而這也就是美國(guó)“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)在飛行的時(shí)候，會(huì)被直徑小于02毫米小小的白色漆點(diǎn)，在座艙玻璃上撞擊出凹痕的主要原因。據(jù)說，現(xiàn)在“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)在飛行時(shí)，為避免“不愉快”事情的發(fā)生，每晝夜要有一次稍微偏離航線的飛行。

正因?yàn)樘绽o人類帶來了眾多的麻煩，所以人類始終都在致力于減少太空垃圾對(duì)于人類太空活動(dòng)的影響，并且設(shè)法逐步清除近地軌道上的太空垃圾。

為了盡量減少因?yàn)樾碌奶栈顒?dòng)而產(chǎn)生更多的太空垃圾，近年來航天器在設(shè)計(jì)和使用的過程中，越來越多地注重環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用。目前，世界上許多國(guó)家的科學(xué)家和航天工程師，都正在積極從事這方面技術(shù)的研究與開發(fā)工作，而其中的一些已經(jīng)投入到實(shí)際的應(yīng)用之中。例如，在發(fā)射過程末期，將運(yùn)載火箭中多余的燃料焚毀或排放掉，以降低火箭爆炸成無數(shù)碎片的危險(xiǎn)。另外，航天器的設(shè)計(jì)者們也在考慮和研究使用無縫接合技術(shù)制造航天器，以便不再使用以前那種會(huì)使螺栓和其他零件脫落進(jìn)入軌道的設(shè)計(jì)。

至于現(xiàn)在依然運(yùn)行在軌道上的那些太空垃圾，目前人們所做的主要是加強(qiáng)監(jiān)控，盡可能地減少它們對(duì)正常運(yùn)行的航天器的威脅。現(xiàn)在，約有9500個(gè)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的物體(每個(gè)至少和棒球一樣大小)，正處于美國(guó)空軍設(shè)在科羅拉多州的一個(gè)名為“航天監(jiān)視網(wǎng)”系統(tǒng)的監(jiān)視之下。一旦發(fā)現(xiàn)那些有可能威脅到航天器安全的“物體”出現(xiàn)，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警告，以便使得航天器的控制者有時(shí)間調(diào)整其運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行避讓。而隨著商業(yè)衛(wèi)星體系變得更龐大復(fù)雜，工程師們正在設(shè)法將衛(wèi)星定位在略有差別的軌道上，這樣失事衛(wèi)星的殘骸就不會(huì)干擾在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)轉(zhuǎn)的其他衛(wèi)星。而管理航天飛機(jī)機(jī)群的機(jī)構(gòu)，也必須維持一個(gè)安全距離，以避免同任何大型物體過于接近。

與此同時(shí)，清理太空垃圾的方案也在醞釀之中。英國(guó)薩里大學(xué)的科學(xué)家們，最近就發(fā)明了“太空清道夫”衛(wèi)星。它的體積只有足球那么小，重量?jī)H為59千克，配備四個(gè)小型攝影機(jī)。一旦偵察到太空垃圾，它便依附在垃圾上，然后將其推到大氣層。這時(shí)衛(wèi)星與垃圾都會(huì)被燒毀，同歸于盡。這類自殺式衛(wèi)星每個(gè)造價(jià)10萬英鎊。一旦這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展成熟，薩里大學(xué)可能會(huì)與俄羅斯方面合作，利用俄境內(nèi)的宇航設(shè)施發(fā)射首批試驗(yàn)性“太空清道夫”衛(wèi)星。之后，他們將展開首次清理太空垃圾的任務(wù)。

而美國(guó)航空航天局(NASA)的太空垃圾清理計(jì)劃已經(jīng)在付諸實(shí)施了。據(jù)英國(guó)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道，美國(guó)航空航天局正在試驗(yàn)一種激光“掃帚”。NASA將準(zhǔn)備用它來為2003年進(jìn)行的一項(xiàng)航天活動(dòng)掃清前往國(guó)際空間站的道路，這項(xiàng)計(jì)劃已經(jīng)被正式命名為“獵戶座計(jì)劃”。這一裝置將能阻擋直徑在1厘米～10厘米的物體，從而減輕它們可能對(duì)國(guó)際空間站構(gòu)成的威脅。據(jù)NASA的科學(xué)家說，如果不盡快實(shí)施這項(xiàng)計(jì)劃，那么在未來的10年中，新建立的國(guó)際空間站被小垃圾摧毀的可能性將超過10％。而這項(xiàng)計(jì)劃的耗資將超過兩億美元。

事實(shí)上，太空站的外殼在設(shè)計(jì)階段就被規(guī)劃為可以抵抗直徑小于1厘米的物體撞擊。而在國(guó)際空間站的運(yùn)行過程中，地面管制人員一旦偵測(cè)到直徑超過10厘米的物體，也能預(yù)先警告太空站上的宇航員進(jìn)行清除或者避讓行動(dòng)。然而，直徑在1厘米～10厘米之間的太空垃圾卻可能造成相當(dāng)大的傷害。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)計(jì)劃的坎貝爾介紹說，由特制的激光器所發(fā)出的激光束，能鎖定某個(gè)太空垃圾目標(biāo)，并可降低其速度，然后逐步地將它清除出國(guó)際空間站經(jīng)過的路徑。科學(xué)家們現(xiàn)在正在地面上進(jìn)行跟蹤試驗(yàn)。預(yù)計(jì)2002年底以前，全部試驗(yàn)將如期完成，并轉(zhuǎn)入實(shí)施階段。

然而，這項(xiàng)計(jì)劃卻很可能會(huì)遇到一個(gè)來自地球上的障礙，因?yàn)楦鶕?jù)“禁止在太空部署激光武器的國(guó)際協(xié)議”，這個(gè)行動(dòng)很可能被視為違反國(guó)際法的舉動(dòng)。就此事，美國(guó)科學(xué)家協(xié)會(huì)的約翰·皮克最近對(duì)媒體宣稱，盡管NASA的這一計(jì)劃不應(yīng)受到什么非難，但是其他國(guó)家的確有充足的理由對(duì)它提出質(zhì)疑。