太空垃圾：人類面臨的環(huán)保新問題

譚輝芳

太空垃圾(Debris)，英文原意是指“碎片”，一般是指人類在從事太空活動時所產(chǎn)生的廢棄物及其衍生物，是人類向太空拋入的各類廢棄體和碎片的總體，如報廢的航天器、廢棄的火箭箭體、航天器發(fā)射和空間運行過程中拋下的無用部件、衛(wèi)星解體生成的殘余物、固體火箭的排氣、磨損掉的表面材料以及發(fā)生泄漏的核反應(yīng)堆所產(chǎn)生的微滴等。

一、太空垃圾的來源

可以說，太空垃圾是人類自己設(shè)置的環(huán)境隱患，是人類面臨的又一新環(huán)保問題，因為，太空垃圾幾乎全部來自人類的航天及其相關(guān)活動。美國宇航局2004年的一份報告顯示，俄羅斯是太空垃圾的最大來源國，其次是美國。美國太空監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)正在跟蹤的約9000塊直徑至少有10厘米的太空垃圾，17％是火箭助推器，31％是已經(jīng)廢棄的衛(wèi)星，38％是太空物體相互撞擊留下的碎片，還有13％來自其它各種太空任務(wù)。總體而言，太空垃圾主要有三個來源。

一是有意或無意爆炸產(chǎn)生的航天器殘骸。有意的爆炸，極大多數(shù)來自前蘇聯(lián)和美國太空戰(zhàn)的“預(yù)習”。其中前蘇聯(lián)就曾進行了19次衛(wèi)星攔截、爆炸試驗，給太空帶來了500～1000塊大小不等的碎塊垃圾。無意的爆炸，如1973年間，美國有7枚火箭在軌道上爆炸。1986年，歐洲發(fā)射的“阿麗亞娜”火箭剛進入軌道就發(fā)生爆炸，其碎塊中大于10厘米的就有564塊，還有2 300多塊小于10厘米的。

二是宇航員漫不經(jīng)心的過失。如1982年，宇航員瓦倫丁·列勃捷夫在進行例行的太空行走時，他剛剛打開“禮炮7號”空間站的減壓艙門，由于近乎真空的太空所具有的巨大吸力，把宇航員們不慎留在減壓艙內(nèi)的一些螺栓、墊圈和一支鉛筆，都吸人太空，成為了太空垃圾。更令人遺憾的是，前蘇聯(lián)的一些宇航員還把在太空生活中產(chǎn)生的生活垃圾丟人太空。人們還發(fā)現(xiàn)，有一只被一名美國宇航員丟失的手套，竟在空中飄浮游蕩了20多年。

三是衛(wèi)星和火箭的殘骸。一些失去效用的衛(wèi)星，仍在軌道上飛行。雖然它們最終會因飛行速度減小，重返大氣層而與大氣層摩擦燒毀，但恐怕要在幾十年到幾百年以后。在近地空間里，還飄浮著許多火箭的殘余部分，如火箭被丟棄的金屬外殼、運載火箭的末級殘體、散落下來的發(fā)動機和各種銜接部件等。

二、太空垃圾的危害

早在1981年，美國航空航天研究所的專家就指出，在未來幾十年內(nèi)，不斷增加的太空碎片將對太空中的生命構(gòu)成“不可接受的威脅”。這個預(yù)言現(xiàn)在已經(jīng)兌現(xiàn)了。太空垃圾已成為人類航空航天活動的巨大障礙，成為威脅人類安全的新隱患，可以說太空垃圾是航空航天的攔路虎，是宇宙事故的肇事者，已經(jīng)成為人類面臨的新環(huán)境問題。總體來說，太空垃圾的危害表現(xiàn)在三個方面。

第一，威脅宇航安全。越來越多的太空垃圾已開始影響到人類對太空的探索與開發(fā)，威脅人類宇航安全。①妨礙人類的航空航天活動。一是對宇航設(shè)備如宇宙飛船、火箭等造成毀壞。1983年，西歐一枚火箭進入軌道以后，就是因為被太空垃圾擊中而發(fā)生爆炸的。二是對人類觀測活動的影響，太空碎片撞到太空望遠鏡，會使鏡體受到損壞，太空碎片給雷達望遠鏡造成的干擾，目前已經(jīng)達到平均每天至少一次的地步了。太空碎片的運動速度高達每小時2.2萬英里，這樣的高速能使小塊碎片在飛船或衛(wèi)星上撞出一個洞，并導(dǎo)致電力短路等故障。一塊10克重的太空垃圾撞上衛(wèi)星，相當于兩輛小汽車以100千米的時速迎面相撞，衛(wèi)星會在瞬間被打穿或擊毀!②對宇航員造成傷害。太空碎片在太空以極高的速度運行，其沖擊力將造成嚴重的傷害。一塊直徑為0.5厘米的太空碎片下落的速度是每秒10千米，可以擊穿航天員所穿的密閉宇宙飛行服，造成生命危險。而且，這些太空碎片不斷相互碰撞，在高速碰撞中，一個1厘米大的空間碎片就可以毀掉一顆衛(wèi)星，哪怕是一粒只有1毫米的小碎片也會使一次航天飛行任務(wù)半途而廢。2003年1月16日，“哥倫比亞號”航天飛機升空半月之后發(fā)生意外，航天飛機解體墜毀。美國航空航天局(NASA)飛行部負責人海夫林認為，除了泡沫隔熱材料脫落的原因之外，“哥倫比亞號”可能被一塊微型隕石或太空垃圾擊中。

第二，威脅地球安全。太空中一些體積較大的碎片極有可能進入地球大氣層，一部分會由于大氣摩擦而燒毀，另一部分則會降落到地面，從而直接威脅人類的生命財產(chǎn)安全。例如，1997年1月22日，一個火箭的燃料儲罐墜入大氣層時沒有完全燒毀，隕落在美國得克薩斯州；1983年，“宇宙1402”號的反應(yīng)堆芯落人南大西洋；1978年前蘇聯(lián)帶有核裝置的“宇宙-954”衛(wèi)星掉在加拿大北部的土地上。幸虧這些地方人煙稀少，未造成嚴重后果。隨著太空垃圾的增多，同類事情肯定還會發(fā)生，太空碎片降落地面的頻率將會越來越高，但誰也不敢保證，不會對人類的生命和財產(chǎn)造成危害。據(jù)美聯(lián)社2007年3月29日報道，當?shù)貢r間27日晚10時左右，一架由智利圣地亞哥飛往新西蘭奧克蘭市的民航客機，飛行至南太平洋上空時，險些被從天而降的太空垃圾擊中。

第三，導(dǎo)致大氣污染。太空垃圾中有相當部分的核爆炸物，這些核爆炸廢棄物尤其是核動力發(fā)動機的脫落更具危險性，它會對地球造成嚴重的放射性污染。據(jù)統(tǒng)計，目前太空中的核裝置多達100個，含有1噸以上的放射性物質(zhì)。另外，人類在發(fā)射導(dǎo)彈時，核爆炸可在地球大氣層中形成巨大的氫氣蘑菇云。這種蘑菇云能夠破壞大氣層的冷暖、磁和化學成分，導(dǎo)致大氣污染，并最終改變蘑菇云下面地球表面的氣候。更讓人感到可怕的是，如果人類對太空垃圾數(shù)量增加問題采取聽之任之的態(tài)度，地球周圍將出現(xiàn)一個太空物體形成的環(huán)，當然，這不會是一個美麗的光環(huán)，而是同覆蓋大城市上空的污濁空氣相類似的覆蓋、包圍地球的垃圾層。到那個時候，人類又會同藍天白云、星星和月亮告別。

三、太空垃圾的防治

由于研究經(jīng)費和科技水平的限制，目前人類尚不能直接解決太空垃圾問題，只能想辦法盡量避免太空垃圾的增加以及對現(xiàn)存的太空垃圾進行防御。為了預(yù)防太空垃圾，保護人類安全，各國科學家特別是宇航專家提出了許多針對太空垃圾的對策，歸納起來可以用“避、減、清、禁”四個字來概括。

1、避即加速發(fā)展現(xiàn)代太空監(jiān)視系統(tǒng)，對太空垃圾進行嚴密的監(jiān)視與跟蹤，并采取有效的技術(shù)手段，使航天器及時避開太空垃圾。據(jù)美國國防部網(wǎng)站報道，作為世界最大的太空開發(fā)國，美國已經(jīng)把太空安全上升到與國土安全同等重要的位置。目前，美國國家航空航天局(NASA)的科學家已初步建立起一個太空垃圾檢測和預(yù)警機制。通過先進的地基探測設(shè)備(雷達、光學望遠鏡)和天基探測設(shè)備(如“哈勃”太空望遠鏡等)，對太空垃圾的分布和運動情況進行實時跟蹤，以減小碎片撞擊航天器和衛(wèi)星的風險。

2、減即發(fā)射航天器的國家應(yīng)采取措施，盡量減少太空垃圾的增加。為了盡量減少因為新的太空活動而產(chǎn)生更多的太空垃圾，近年來航天器在設(shè)計和使用的過程中，越來越多地注重環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用。目前，世界上許多國家的科學家和航天工程師，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)投入到實際的應(yīng)用之中。例如，在發(fā)射過程末期，將運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。又如，對末級火箭采取未燃盡推進劑和高壓氣體排空，避免末級火箭爆炸而產(chǎn)生更多太空碎片。另外，航天器的設(shè)計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使螺栓和其它零件脫落進入軌道的設(shè)計。

3、清即發(fā)展太空垃圾清除技術(shù)，對已完成任務(wù)的運載火箭末級，采取轉(zhuǎn)移軌道的措施，使其返回大氣層燒毀；對已達到預(yù)定壽命的衛(wèi)星，讓其獲得逃逸速度，遠離近地空間或轉(zhuǎn)入清除裝置進行清除。例如，于2001年光榮完成使命的“和平號”宇宙飛船，就是趁著燃料即將用盡之際，趕緊讓它墜落地面，而不至于成為巨大的太空垃圾，變成一顆在太空中的不定時炸彈。美國航空航天局早在2003年就啟動了耗資將超過2億美元的太空垃圾清理計劃——“獵戶座計劃”。另據(jù)英國《新科學家》雜志報道，美國航空航天局正在試驗一種“激光掃帚”，備用它來為今后的航天活動掃清前往國際空間站的道路，這一裝置將能阻擋直徑在1-10厘米的太空物體，從而減輕它們可能對國際空間站構(gòu)成的威脅。

4、禁即國際上制定有關(guān)空間法規(guī)，禁止在空間進行試驗和部署各種武器，限制發(fā)射核動力衛(wèi)星，使太空成為為人類文明服務(wù)的和平空間。目前，包括中國在內(nèi)的一些航空航天大國都正在積極倡導(dǎo)制定國際太空法律法規(guī)，對人類開發(fā)太空的行為進行約束和規(guī)范。