太空垃圾：小東西，大威脅

呂　哲

20世紀50年代，當人類開始向太空發(fā)射各種航天器的時候，幾乎所有人都為征服自然而歡呼雀躍，根本就沒有人會想到，總有一天，那些完成了歷史使命而因為無法回收被廢棄在太空中的航天器，會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?，F(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，人類再也不能對這類垃圾熟視無睹了。

事實上，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、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。

就目前的實際情況來看，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)計其數(shù)量。據(jù)英國研究太空垃圾的權(quán)威《宇宙半途》一書的作者羅維爾估計，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。而一些美國的科學(xué)家則認為，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期以后，將會在進入大氣層時燒掉，但是依然有大約9000件左右的太空垃圾將在短時期內(nèi)，對正常工作的航天器構(gòu)成威脅。而因為體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)家認為，以上的這些都只是保守估計，實際的垃圾總量可能會更多。

太空垃圾對于人類太空活動的主要威脅，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)專家的計算，一個13毫米的鉛球，當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，其撞擊的威力，相當于一門22毫米口徑機關(guān)炮所射出炮彈的破壞力。而這也就是美國“奮進”號航天飛機在飛行的時候，會被直徑小于02毫米小小的白色漆點，在座艙玻璃上撞擊出凹痕的主要原因。據(jù)說，現(xiàn)在“奮進”號航天飛機在飛行時，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。

正因為太空垃圾給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于人類太空活動的影響，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(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。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他零件脫落進入軌道的設(shè)計。

至于現(xiàn)在依然運行在軌道上的那些太空垃圾，目前人們所做的主要是加強監(jiān)控，盡可能地減少它們對正常運行的航天器的威脅?，F(xiàn)在，約有9500個繞地球運轉(zhuǎn)的物體(每個至少和棒球一樣大小)，正處于美國空軍設(shè)在科羅拉多州的一個名為“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)，這個系統(tǒng)就會自動發(fā)出警告，以便使得航天器的控制者有時間調(diào)整其運行狀態(tài)，進行避讓。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)星的殘骸就不會干擾在這個網(wǎng)絡(luò)上運轉(zhuǎn)的其他衛(wèi)星。而管理航天飛機機群的機構(gòu)，也必須維持一個安全距離，以避免同任何大型物體過于接近。

與此同時，清理太空垃圾的方案也在醞釀之中。英國薩里大學(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，重量僅為59千克，配備四個小型攝影機。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。這時衛(wèi)星與垃圾都會被燒毀，同歸于盡。這類自殺式衛(wèi)星每個造價10萬英鎊。一旦這項技術(shù)發(fā)展成熟，薩里大學(xué)可能會與俄羅斯方面合作，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)。

而美國航空航天局(NASA)的太空垃圾清理計劃已經(jīng)在付諸實施了。據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志報道，美國航空航天局正在試驗一種激光“掃帚”。NASA將準備用它來為2003年進行的一項航天活動掃清前往國際空間站的道路，這項計劃已經(jīng)被正式命名為“獵戶座計劃”。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國際空間站構(gòu)成的威脅。據(jù)NASA的科學(xué)家說，如果不盡快實施這項計劃，那么在未來的10年中，新建立的國際空間站被小垃圾摧毀的可能性將超過10％。而這項計劃的耗資將超過兩億美元。

事實上，太空站的外殼在設(shè)計階段就被規(guī)劃為可以抵抗直徑小于1厘米的物體撞擊。而在國際空間站的運行過程中，地面管制人員一旦偵測到直徑超過10厘米的物體，也能預(yù)先警告太空站上的宇航員進行清除或者避讓行動。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大的傷害。

負責該項計劃的坎貝爾介紹說，由特制的激光器所發(fā)出的激光束，能鎖定某個太空垃圾目標，并可降低其速度，然后逐步地將它清除出國際空間站經(jīng)過的路徑?？茖W(xué)家們現(xiàn)在正在地面上進行跟蹤試驗。預(yù)計2002年底以前，全部試驗將如期完成，并轉(zhuǎn)入實施階段。

然而，這項計劃卻很可能會遇到一個來自地球上的障礙，因為根據(jù)“禁止在太空部署激光武器的國際協(xié)議”，這個行動很可能被視為違反國際法的舉動。就此事，美國科學(xué)家協(xié)會的約翰·皮克最近對媒體宣稱，盡管NASA的這一計劃不應(yīng)受到什么非難，但是其他國家的確有充足的理由對它提出質(zhì)疑。