太空碎片威脅多國衛星

本報駐美國特約記者 李 濟 本報特約記者 司馬行仁 羅山愛

2月11日發生的美俄衛星相撞事件，敲響了太空安全的警鐘。有不少專家擔心，美俄衛星相撞產生的碎片會威脅別國衛星甚至國際空間站的安全。事實上，從人類1957年發射首顆人造衛星以來，已經向太空發射了近6000顆衛星。越來越擁擠的太空既推動著人類社會的發展，也潛藏著巨大的危險。

衛星分布在哪兒

據統計，目前共有900多顆衛星在軌運行。美國擁有的衛星最多，有400多顆。這其中，用于情報偵察、預警探測、指揮調度、導航等目的的軍用衛星就有90多顆。俄羅斯的衛星數量位居第二。雖然它擁有近百顆衛星，不過40％以上的衛星已超過服役年限，使用效果大打折扣。歐洲國家一共擁有約70顆衛星，在亞洲，中國和日本各擁有約30顆衛星，印度有20多顆衛星。

衛星按運行軌道高度可分為3種：低軌道衛星，軌道高度為200千米－2000千米，像極軌氣象衛星、資源衛星、海洋衛星、環境衛星、偵察衛星、天文衛星、低軌衛星星座等大都運行在這一軌道；中軌道衛星，軌道高度為2000千米－2萬多千米，導航衛星和少數通信衛星運行在這一軌道；高軌道衛星，也稱作地球靜止軌道衛星，軌道高度約為3.6萬千米，大多數通信衛星和靜止氣象衛星運行在這一軌道。由于在高軌道運行的衛星速度與地球自轉的速度一樣，相當于衛星定在某一區域上空不動，非常適合通信衛星進行連續通信。因此，在高軌道的衛星密度極高，已經有大約250顆衛星在高軌道運行。一般來說，發射高軌道衛星技術要求更高，需要三級運載火箭，而低軌道衛星只要兩級運載火箭。世界上能發高軌道衛星的國家，一般也具有發射洲際導彈的能力。地球靜止軌道衛星和軍用衛星一般有較強的變軌能力，低軌道對地觀測衛星變軌能力較弱。廢棄的衛星，由于部件大多失效，所帶燃料也基本用完，一般都沒有變軌能力。

處理廢棄衛星有講究

除返回式衛星外，一般衛星是不能返回地面的，要想回收只能用航天飛機。而且要回收的衛星運行軌道不能高于500千米，否則航天飛機無法到達。美國就曾用航天飛機回收過1顆因火箭故障而沒有進入預定軌道的通信衛星。不過，由于用航天飛機回收低軌道衛星成本太高，一次就要幾億美元，所以實際應用很少，大多數衛星壽命結束后就會被廢棄。

人們在處理廢棄的衛星時，講究也不少。比如，處理高軌道衛星時，會通過遙控衛星上的發動機進行變軌，使其飛到更高的無用軌道上。這樣做主要是給資源寶貴的高軌道“讓地方”，同時讓廢棄的衛星也不威脅其他航天器。對于在低軌道運行的小衛星來說，失效后會在再入大氣層時完全燒毀，因此一般不用理睬。不過，低軌道的大型衛星或核動力衛星報廢時，卻不好辦。因為它再入大氣層時不易完全燒毀，容易對地面造成威脅。20世紀70年代，蘇聯核動力衛星曾在加拿大失控墜毀，引發巨大恐慌。因此，人類處理這類衛星時，一般是通過地面遙控使它們墜毀在無人區。

對付可控的衛星還好說，對于在低軌道運行的失控大型衛星，人們還沒找到好的辦法。有人提議用反衛星武器把大型衛星打碎，以便再入大氣層時燒毀。不過，衛星打碎以后容易形成大量太空垃圾，產生的碎片還容易威脅別國衛星安全，引起的爭議太大。當然，還有一種辦法，就是通過精確跟蹤來確定大型衛星的墜落區域，以便提前疏散相關人員。

除了廢棄衛星外，太空垃圾還包括探測器、火箭碎片、宇航員在太空留下的物品等。據統計，目前約有3000噸太空垃圾在繞著地球飛，而且數量正以每年2％－5％的速度增加。根據尺寸大小，太空垃圾可分為三類：尺寸大于10厘米的為大碎片，大概有1.8萬個；尺寸介于1－10厘米之間的為小碎片，現在大概有10萬個；尺寸小于1厘米的叫微小碎片，大概有上億個。

從空間分布來看，在中低軌道運行的航天器及碎片密度不大，每立方千米不超過8－10個，所以“太空交通事故”發生的概率不高。但由于低軌道飛行物速度極快，產生的破壞力更大，一個10克重的空間碎片的太空撞擊能量，不亞于一輛以每小時100千米速度行駛的小汽車所產生的撞擊能量，所以低軌道碰撞具有“低概率、高風險”的特征。這次美俄衛星相撞就發生在概率極低的低軌道，所以才被稱作“極不正常”。而高軌道衛星都在一個傾角上，速度一樣，沒有交叉點，衛星正常運行時也不會發生追尾現象。衛星與太空碎片的碰撞主要發生在中低軌道，已經確認的10次空間碎片碰撞都發生在低軌道。

其實，有些太空垃圾即便不加處理，也會逐漸落回地面，在重返大氣層的過程中燒毀。通常來說，離地球越遠，落回地面的時間就越長。距地300千米的碎片壽命約為一年，距地600千米的碎片為幾十年，1000千米的碎片將飛上千年，三四千千米以上的碎片要飛上萬年，再高的碎片幾乎會永遠飛下去。據說，這次俄美衛星碰撞后的碎片將在宇宙軌道中飛行上千年。

監控太空垃圾很重要

為了有效防范太空垃圾的威脅，人類對太空垃圾不斷加強觀測。現在，美國防部利用在全球的25個陸基雷達站，通過逐一編號，連續追蹤尺寸超過10厘米的1.8萬余個空間飛行物。而俄羅斯也建立了龐大的陸基和海基早期太空預警雷達網，對衛星和太空垃圾進行搜索和跟蹤，同時對本國衛星進行必要的變軌。中國國家航天局在1995年6月正式加入了“機構間空間碎片協調委員會”，與各國共同探討減少太空垃圾的辦法。在此次美俄衛星相撞后，紫金山天文臺已開始對這次衛星碰撞所產生的碎片進行搜索捕獲，并將密切關注這些碎片對我國衛星的影響。目前，我國30多顆衛星中，除在高軌道運行的幾顆衛星外，其余20多顆衛星都在中低軌道運行，因此，太空碎片對我國衛星還是有一定威脅的。

專家認為，密切監控太空垃圾非常重要，這讓衛星不僅可以“躲”，還可以“抗”。通常來說，在軌運行的衛星大多可采用屏蔽防護結構來防護0.1-1厘米的微小碎片，對于1-10厘米的小碎片則要通過特殊設計來防護。但對大于10厘米的大碎片只能進行碰撞規避。受到成本的限制，民用衛星、科學衛星等一般沒有太多的自我保護能力，所以這次美俄衛星撞擊產生的碎片對民用衛星有一定威脅。而對于一些大型軍用衛星，比如，美國“鎖眼”12號偵察衛星，它采取了防核效應加固手段和防激光武器保護手段，并增裝了防碰撞探測器，其對太空垃圾的防護能力大幅增強。不過，這樣使其成本極高，在10億美元以上。▲