重獲潔凈太空

丁　茜

自1957 年前蘇聯(lián)把全世界第一顆人造衛(wèi)星送上天至今52年的時(shí)間里，人類已向太空發(fā)射了5 000 多顆各類航天器，其中很大一部分已成為太空垃圾在軌道上遨游。你能想象嗎，人類活動(dòng)在地球周圍產(chǎn)生的垃圾碎片比隕星還要多!時(shí)至今日，太空中漂移著5 000 萬(wàn)片人造衛(wèi)星和火箭的殘骸。

太空垃圾就是空間碎片，是人類空間活動(dòng)的產(chǎn)物，包括完成任務(wù)的火箭箭體和衛(wèi)星本體、火箭的噴射物、在執(zhí)行航天任務(wù)過(guò)程中的拋棄物、空間物體之間碰撞產(chǎn)生的碎塊等，是空間環(huán)境的主要污染源。這些垃圾都很長(zhǎng)壽，微小的金屬碎片、多級(jí)火箭的整個(gè)箭身，甚至宇航員遺失的工具等。太空垃圾種類繁多，不計(jì)其數(shù)!當(dāng)然，不是宇宙任何的一個(gè)角落都布滿垃圾，它們主要集中在衛(wèi)星云集的兩片區(qū)域，即高度在2 000 千米以下的低軌道（太空垃圾占到90%）和距離地面3.6萬(wàn)千米的地球同步軌道上。

太空垃圾的存在對(duì)于在太空中運(yùn)行的航天器來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直就是天敵。由于空間碎片與航天器之間的相對(duì)速度很大，一般為每秒幾千米至幾萬(wàn)米，因此，兩者即使是輕微碰撞，也會(huì)造成航天器的重大損壞。一塊僅有阿司匹林藥片大的殘骸就能將人造衛(wèi)星撞成“殘廢”。航天器的體積越大、飛行時(shí)間越長(zhǎng)，其遭遇太空垃圾襲擊的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。專家指出，太空垃圾數(shù)量龐大，其對(duì)航天器和航天任務(wù)的影響已日益嚴(yán)重：極小的垃圾碎片由于數(shù)量多，能嚴(yán)重改變航天器的表面性能；稍大的碎片會(huì)損壞航天器表面材料，對(duì)表面器件造成損傷，甚至使航天器的飛行姿態(tài)改變，從而改變其運(yùn)行軌道；空間碎片的能量足夠大時(shí)，能穿透航天器表面，打壞內(nèi)部系統(tǒng)；大的空間碎片撞擊航天器桁架結(jié)構(gòu)時(shí)，可能將整個(gè)結(jié)構(gòu)打散。另外，大型空間碎片進(jìn)入大氣層時(shí)，會(huì)對(duì)地面的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。

短短半個(gè)世紀(jì)內(nèi)，地球的周圍就環(huán)繞了一圈衛(wèi)星，以及那些可能會(huì)嚴(yán)重阻礙人類太空探索的殘片碎屑。為了清理這些垃圾，科學(xué)家們絞盡腦汁找尋合適的清理方案。目前在議的6套招數(shù)，孰優(yōu)孰劣，請(qǐng)看分解。

最強(qiáng)悍：機(jī)械垃圾車

優(yōu)點(diǎn)：將裝有機(jī)械臂的宇宙飛船射入太空，有選擇地找尋太空垃圾，然后將它們收在垃圾車內(nèi)。適合收集的垃圾有大塊頭的衛(wèi)星、多級(jí)火箭等最大的垃圾。

缺點(diǎn)：垃圾在宇宙空間自己會(huì)轉(zhuǎn)，機(jī)械臂很難抓住。定位這些太空垃圾代價(jià)都很昂貴，更不要說(shuō)清理這些數(shù)目巨大的垃圾。

最期待：太空繩索

優(yōu)點(diǎn)：在需要拋棄的衛(wèi)星或火箭上事先拴一根長(zhǎng)長(zhǎng)的導(dǎo)線，利用地球磁場(chǎng)引力使太空垃圾移動(dòng)的速度減慢，最終在數(shù)月內(nèi)落回地面時(shí)在大氣層中焚毀，未燒完的落入地面。輕巧靈便，垃圾自行返回地球。

缺點(diǎn)：導(dǎo)線的長(zhǎng)度需要幾千米才能起作用，但是這樣長(zhǎng)長(zhǎng)的導(dǎo)線圍繞地球數(shù)月的話，一、本身已增加垃圾量，很可能撞上正在運(yùn)行的其他衛(wèi)星；二、可能被太空垃圾中的碎片切斷；三、怎么給已經(jīng)漂浮在空中的垃圾拴上導(dǎo)線呢？

最精巧：天網(wǎng)

優(yōu)點(diǎn)：用航天飛機(jī)將聚合物織成的天網(wǎng)送入軌道，掛在一顆小衛(wèi)星上。然后只需將其展開(kāi)，待到捕獲垃圾后再收攏。用來(lái)拉緊天網(wǎng)的裝置是可充氣彈簧做的，十分輕便。

缺點(diǎn)：天網(wǎng)面積大，很容易飽受宇宙塵埃的磨損，而且捕捉的垃圾必須由太空飛船帶回地球，成本太高。

最冒險(xiǎn)：激光掃帚

優(yōu)點(diǎn)：在地面上，利用超靈敏雷達(dá)指導(dǎo)激光照射太空垃圾，直至其汽化。碎片會(huì)直接在大氣中消失。

缺點(diǎn)：該系統(tǒng)十分耗能，即使銷毀一小塊碎片也要消耗大量能量。另外激光所到之處大氣熱平衡遭到破壞，可能造成大氣層中大規(guī)模放電。

最有效：氣凝膠陷阱

優(yōu)點(diǎn)：這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到驗(yàn)證。2006 年美國(guó)的“星塵號(hào)”探測(cè)器就曾用氣凝膠來(lái)捕捉和搜集彗星塵埃。

缺點(diǎn)：只能捕捉小于1 毫米的太空垃圾，但卻需要發(fā)射大面積的氣凝膠板，且可能撞上正在工作的衛(wèi)星。

最創(chuàng)意：泡沫球

優(yōu)點(diǎn)：用飛船在垃圾軌道上發(fā)射一種會(huì)自動(dòng)形成巨球的特殊泡沫，當(dāng)太空垃圾穿過(guò)這個(gè)泡沫球后，速度減慢，從而使其運(yùn)動(dòng)軌跡迅速下降，加速它落回地球。

缺點(diǎn):泡沫球的直徑需要幾千米，在太空中可能會(huì)與大型垃圾碰撞，使后者變成更多碎片，太空環(huán)境將會(huì)變得更糟。

上面列出了6 種招數(shù)，也許未來(lái)的“太空清道夫”就藏身其中。太空垃圾最終都將受到重力的作用而落回地球，可那將是猴年馬月的事情了!這些殘片最初以與母體航天器相同的速度運(yùn)行，大約為8～10千米／秒，比F1 賽車足足要快上100 倍!之后，伴隨著與大氣分子的碰撞摩擦，它們的速度逐漸減慢。隨海拔高度變化的大氣密度直接決定了垃圾在太空中逗留的時(shí)間。距離地球越近，遇到的物質(zhì)就越多，也就越容易剎住車。因此，如果殘片是在400千米高空的國(guó)際空間站軌道上，那么它需要半年到一年的時(shí)間落回地球；如果是在800 千米高度的軌道上，它要滯留200年；而在地球同步軌道上的話，則需要數(shù)百萬(wàn)年才能回歸地球。這意味著垃圾們有的是時(shí)間來(lái)搞破壞!舉個(gè)例子，直徑1 毫米的鋁球在8 千米/秒的速度下，能夠毫不費(fèi)力地穿透4毫米厚的鋁層。那么，一截火箭的破壞力就可想而知!更何況，一方面垃圾的數(shù)量十分龐大，另一方面，衛(wèi)星的數(shù)量有增無(wú)減，因而碰撞會(huì)不斷發(fā)生。這就是為什么航天器最終都會(huì)被“風(fēng)化”，變得傷痕累累的原因。

任重而道遠(yuǎn)

更嚴(yán)峻的問(wèn)題是，1996 年，法國(guó)“西雷斯號(hào)”微型試驗(yàn)衛(wèi)星與前輩“阿麗亞娜號(hào)”火箭的一塊碎片相撞，被迫中止任務(wù)，返回了地球。此后，類似的嚴(yán)重事故接二連三地發(fā)生?？紤]到發(fā)射一個(gè)航天器到太空的成本高達(dá)數(shù)百萬(wàn)歐元，這個(gè)問(wèn)題的確讓人頭疼?，F(xiàn)在最關(guān)鍵的問(wèn)題是制止太空垃圾的產(chǎn)生。2000年，法國(guó)國(guó)家空間研究中心制定了相關(guān)章程，世界上很多國(guó)家的航天機(jī)構(gòu)都以此為行動(dòng)準(zhǔn)則。章程建議：各國(guó)不要再人為丟棄太空垃圾，低軌道衛(wèi)星在完成使命后不得在軌道上停留超過(guò)25 年，將3.6 萬(wàn)千米高空附近的垃圾輸送到更遠(yuǎn)處的“公墓軌道”上去。但在此之前，必須將垃圾中的燃料抽盡，否則可能會(huì)自燃從而引發(fā)爆炸，這將是太空中發(fā)生的最為糟糕的情況。因?yàn)楸〞?huì)產(chǎn)生成千上萬(wàn)個(gè)大小各異且無(wú)法控制的碎片，最小的那些甚至都無(wú)法探測(cè)到。畢竟，對(duì)于大件的垃圾，我們至少能夠利用雷達(dá)或者望遠(yuǎn)鏡了解其位置，而對(duì)于一大團(tuán)微型垃圾，我們則根本無(wú)法跟蹤定位。還有一個(gè)困難就是，目前沒(méi)有任何相關(guān)的國(guó)際管理?xiàng)l例來(lái)應(yīng)對(duì)太空垃圾問(wèn)題，各國(guó)在處理太空垃圾問(wèn)題時(shí)隨意性較大。

現(xiàn)在太空中的物質(zhì)，有超過(guò)90%的是無(wú)用的垃圾，只有不到10%是正在運(yùn)行或是有用的。科學(xué)家們?cè)谶@個(gè)問(wèn)題上研究已久，設(shè)想了多種清除垃圾的辦法，比如減慢碎片運(yùn)動(dòng)的速度，使它們?cè)谥亓ψ饔孟赂缏浠氐孛妫蛘咴谔罩兄苯忧宄?，或用太空垃圾車到太空大掃除。想法不錯(cuò)，但實(shí)施起來(lái)卻遠(yuǎn)非易事。不論采用哪種系統(tǒng)，首先都要將它從地球發(fā)送到太空中需要垃圾回收的地點(diǎn)。單單這一項(xiàng)成本就十分高昂：每千克太空碎片要花費(fèi)大約2 萬(wàn)歐元!最終垃圾車至少要消耗掉5 000 萬(wàn)歐元。在當(dāng)今條件下，無(wú)論如何，這樣的代價(jià)實(shí)在是太高了!然而照目前的態(tài)勢(shì)發(fā)展下去，發(fā)射到太空的衛(wèi)星會(huì)越來(lái)越多，垃圾和相撞事故也將隨之增多。超過(guò)一定程度，地球周圍的太空會(huì)充滿碎片，航天設(shè)備幾無(wú)可能再進(jìn)入低軌道。任何一國(guó)的航天機(jī)構(gòu)都不愿意看到這樣的情況發(fā)生。所以，必須找到一個(gè)合適的解決方案?？磥?lái)，我們讓太空重獲潔凈的日子任重而道遠(yuǎn)。