太空垃圾

廢棄的衛星、剝落的隔熱瓦、燃料艙的殘片……“太空垃圾”、“衛星殘骸”，隨便你怎么叫，就是這種東西，就像地球上的垃圾一樣，已經開始威脅到地面上的安全了。多達9000多塊太空垃圾正飄浮在地球軌道上，它們的數量還在不斷增加，總重量已超過5500噸。

太空垃圾如人造衛星般按一定的軌道環繞地球飛行，通常可分為三類：一是用現代雷達能夠監視和跟蹤的比較大的物體，主要有各種衛星、衛星保護罩及各種部件等，這類垃圾目前已達8000多個；二是體積較小的物體，如發動機等在空間爆炸時產生的碎片，其數量估計至少有幾百萬個；三是核動力衛星及其產生的放射性碎片。

太空垃圾給航天事業的發展帶來了隱患，它們成為人造衛星和軌道空間站的潛在殺手，使宇航員的安全受到嚴重威脅。要知道，這些垃圾可不是安分守己地待在空間不動，而是在軌道上飛奔，一旦撞上它們，相對速度可以高達每小時上萬千米!一顆迎面而來的直徑為0.5毫米的金屬微粒，足以戳穿宇航員密封的飛行服；在低空軌道(2千公里高度以內)上，一個1厘米見方、速度為每秒15千米的微小碎片若撞上運行中的人造衛星，可能造成的破壞等同于一枚手榴彈的威力。歐空局航天飛機的航天艙不時受到太空垃圾的撞擊，在過去的幾年里，已更換了80多扇窗戶，國際空間站更是不得不經常進行軌道機動來躲避太空垃圾的襲擊。據計算，目前太空軌道上每個飛行物發生災難性碰撞事件的幾率為3.7％，發生非災難性撞擊事件的可能性為20％。以此計算，今后將每5～10年即可能發生一次太空垃圾與航天器相撞事件，到2020年將達到2年一次。

爆炸——太空垃圾的始作俑者

大約40％的地面可追蹤空間碎片源自于爆炸，其發生頻率目前約為每年4到5起。空間中的一次爆炸會有什么后果?一顆地球同步衛星的空間速度約為3km/s(10000km/s)，爆炸后的碎片會被以低得多的速度拋出，所以，會非常靠近最初的軌道。但是碎片中總會有些速度較快而有些速度較慢，幾天后，碎片殘骸就將形成一個散布于36000千米地球同步軌道上的環。1961年，第一次太空爆炸使得可追蹤空間殘片的數量增加了3倍。迄今為止，空間中發生了超過180次爆炸和至少1次碰撞。今后這種爆炸和碰撞仍將繼續發生，最令人不安的是，即便一項空間計劃圓滿實施并結束之后，也并不意味著已經萬事大吉了，飛行器的電池和壓力艙系統以及燃料仍有可能發生爆炸，產生大量1毫米到10厘米或更大的碎片。爆炸主要起因于衛星攜帶的能源過熱，或者推進艙的壓力升高等等。

過去的10年，多數操作者都開始使用一些新技術來盡可能降低電池、燃料箱、推進系統等的爆炸概率。但僅僅這么做是不夠的，因為另一種碎片生成形式正在越來越顯露出強大的垃圾制造實力，這就是碰撞。

碰撞——太空垃圾的新花樣

NASA(美國國家航空航天局)憂心忡忡地公布，2005年1月17日，南極上空885千米處，發生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一塊31年前發射的美國雷神火箭推進器遺棄物，與中國6年前發射的長征四號火箭CZ-4碎片相撞。撞擊的結果是雷神一博納火箭被撞出兩塊地面可跟蹤的碎片，這是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”，向人們昭示了太空垃圾的新生途徑——碰撞。隨著太空垃圾不斷增多，以現在的增長速度，預計在20或30年后，碰撞將超過爆炸成為新的太空垃圾制造大戶。就在今年2月底，美國軍方發射導彈撞毀失控的衛星，瞬間就產生了3000多塊太空垃圾碎片!

清理之難難于“上青天”

一般來說，這些太空垃圾在大氣阻力的影響下會逐漸隕落，但是如果它的軌道很高，在1000千米以上，大氣阻力很小，那它能在軌道上存留數萬年甚至數百萬年。一個太空垃圾碎片若在600千米的高空飛行，可圍繞地球旋轉25～30年，如果它位于1000千米的高度，則可飛行到4001年，如果再高的話，就幾乎永不會下落了。太空垃圾的清理可謂“難于上青天”，因為我們要做的正是把它們從天上打入地下。

目前，世界眾多航天機構都已認識到了太空垃圾威脅的嚴重性，人們提出了不少清理太空垃圾的方法。近來又有美國科學家提出了一個看似瘋狂但充滿創意的方案——發射一個直徑為1.6千米的非伸展性可再生泡沫球(Non-Ex-panding Recreational Foam，NERF)，這個巨大的泡沫球就像捕蜻蜒的蛛絲網一樣，一旦太空垃圾小碎片與之相遇，就會被大大減速，從而失去能量，很快墜落到地球大氣中去。只是這種方案也有不足之處：泡沫球太大，相對其大小而言重量實在太輕，很容易脫離預定軌道，如果它如野馬脫韁般“不小心”撞到正在運行中的衛星或其他有用的飛行器上，將是非常糟糕的事情。

除此以外，科學家們還設計了三種比較有創意方案。一是使用激光發射器，從地面或者太空發射激光，將太空垃圾推至離地球更近的軌道，使其在地球引力作用下加速下落，只是這種做法成本過高，激光發射裝置非常昂貴，而且可以擊中的目標也十分有限。二是發射太空垃圾收集車，在太空軌道的指定地點上將大塊太空殘骸收集和封裝起來，然后運送到離地球比較近的軌道上，其主要缺點仍然是成本太高而且操作復雜。三是利用金屬細絲，在飛船發射之前，在它上面附著一些金屬細絲，飛船入軌后可用它來擊落碰到的碎片，不過此方案目前只是紙上談兵，還從未實驗過。其他具有創意的方案還有：“自殺衛星”方案，即把眾多體積只有足球那么大的衛星送到太空，一旦它們偵察到太空垃圾，便附著在垃圾上，使其速度降低，最后一同進入大氣層燒毀；“空間工友”方案，由12只在地球同步軌道上運行的空間垃圾箱組成，當太空垃圾飛過時，“空間工友”中由電腦控制的機械臂會抓住目標，放進垃圾箱后將其分割切碎，再灑入地球大氣層中燒毀。

歐空局看來更加務實些，他們號召各國在實施空間計劃時要注意回收空間飛船和各級火箭，讓它們在大氣中燒毀或者墜落在渺無人煙的海洋中，并且盡可能減少送往天上的物件的數量。問題是，回收需要花費燃料并付出額外的操控時間，因此將增加花費。在衛星發射已經商業化的今天，有多少公司愿意承擔這筆額外的費用呢?或許應該成立相應的國際組織來支付這筆花銷。

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1957年，隨著前蘇聯發射的第一顆人造衛星順利升空，太空時代拉開了帷幕。在冷戰期間，空間是美國和蘇聯競爭的主要戰場，到20世紀60年代，隨著兩國開始對月球的爭奪，這種競爭達到白熱化。1964年，為了轉播在日本東京舉辦的奧運會，第一顆電視衛星被送上了地球同步軌道。隨后蘇聯的空間活動逐漸衰退而其他國家則緊鑼密鼓地參與了進來，因此地球附近軌道上的人造天體開始逐步增加，平均每年增加200個。從1957年10月4日第一顆人造衛星(前蘇聯的Sputnik號)上天到2008年11月1日，人類大約發射了4700次火箭，把6000多個人造衛星送上了軌道。現在，大約400個正翱翔在遠離地球的行星際空間中，但是剩下的5600個中只有大約800個衛星仍然處于受控狀態。