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星际“大扫除”:太空垃圾清理攻略

www.nangcuo.com 2024-09-23 10:26 生活

三年前,国际空间站的航天员遗弃了一块重达两吨、装载着废旧电池的托盘,未曾想,这块托盘中的一部分在太空中漂流了三年后,竟重返地球,砸穿了一栋两层的楼房。太空垃圾引发的威胁也并不是个例,国际空间站就曾由于一块太空垃圾挨近而采取紧急机动避免手段,这一紧急行动直接打断了航天员原定的太空行走计划,影响了空间站的后期部署。这类具备大规模杀伤力的太空垃圾又是从何而来呢?

星际遗落的宝藏?曝光太空垃圾的由来

1957年十月4日,苏联发射了第一颗人造地球卫星——斯普特尼克1号。在这个历史性的时刻,还诞生了另一项世界纪录:在将卫星成功送入太空后,其运载火箭脱离了轨道,成为了史上第一块太空垃圾。在之后的几十年里,伴随科技的不断进步和太空探索的深入,各种卫星、载人飞船、无人探测器等航天器被频繁送入太空。这类航天器的发射过程,与它们在太空中的运行、维护直至最后报废,都不可防止地产生了很多的太空碎片。这类碎片包含未能完全燃烧或离别的火箭部件、完成任务后被丢弃的卫星主体、太阳能电池板碎片、甚至是实行任务过程中掉落的螺丝钉等微小物件。

更为复杂的是,太空并不是一片寂静的真空。尽管其物质密度极低,但仍存在着很多的微小天体,如流星体、小行星碎片等。这类天体在地球轨道附近高速运动,偶尔会与在轨的航天器发生碰撞。一旦碰撞发生,不只会损毁航天器本身,还会产生更多的碎片,这类新增的碎片又会成为潜在的危险源,增加将来碰撞的风险。

太空垃圾

宇宙威胁:太空垃圾的害处

伴随人类航天活动的日益频繁和空间碎片的持续累积,太空这片过去被视为无限辽阔的范围,正悄然变得日益“拥挤”。航天器穿梭其间,不只要面对复杂的太空环境,还不能不警惕那些太空垃圾。这类太空垃圾假如与正在正常运行的卫星或飞船发生碰撞,大概导致它们的损毁,如果是遇见载人飞船,还会威胁到航天员们的生命导致紧急后果。目前,低地轨道(LEO)地区充斥着很多的空间碎片,数目达到数百万个,这类碎片的运动速度极快,能达到每小时29000公里,大约是子弹速度的七倍,鉴于此,即使是微小的空间碎片也拥有足够的动能穿透航天员的太空服,或对卫星的太阳能电池板与电子组件导致破坏。

虽然依据欧洲航天局(ESA)提供的数据,在地球上生活的人类被太空垃圾致伤的风险不到一千亿分之一,概率远低于取得大型彩票头奖的几率,但太空垃圾可能产生的害处仍然值得关注。

太空垃圾与航天器相撞

太空清洗行动:怎么样拯救大家的星际家园

对于太空垃圾目前一共有四种办法:避免、预防、防护和清理。

避免是借助高科技的轨道监测技术,提前了解太空垃圾的地方,让大家的航天器绕道而行,尽可能防止撞上他们。预防是为卫星设置寿命末期离轨手段,在卫星进入寿命末期时,卫星的姿态轨道发动机就会启动,将卫星主动减少轨道,使它更快地进入大方层,如此就能降低太空垃圾的产生。对于那些在地球同步轨道上的卫星,可以把他们送到“坟墓”轨道,同样也可以起到降低常用轨道上太空垃圾的成效。防护就是通过给航天器穿上铝板、高强度复合材料等“防弹衣”,来抵挡太空垃圾的撞击。清理就是将垃圾拉到大方层,让它们被烧毁,或者将太空垃圾的轨道抬高到不常见的轨道高度上。

将太空垃圾拖到大方层烧毁或拖到“坟墓轨道”

2016年6月25日,中国的“长征七号”火箭首飞成功,将7个载荷成功送入太空,其中一个就是“遨龙一号”空间碎片主动清理飞行器。它就像是一个太空清洗工,运用自己身上的机械手臂抓取周围的太空垃圾,来达到清理的目的。

激光技术是现在被广泛应用于每个范围的先进技术。在清理太空垃圾的时候,激光可以像魔法棒一样,轻轻地推一下太空垃圾,改变它们飞行的路线,让它们不会撞到要紧的太空设施。也可以用激光对准太空垃圾,让激光的热量把垃圾烧掉或者熔化。但,用激光清理太空垃圾也有一些难点,譬如要很精确地控制激光的方向和强度,还要小心激光可能被太空垃圾反弹回来。

激光清理太空垃圾

除去激光技术,还用一种叫做电磁防护的技术也可以清理太空垃圾。它可以借助电磁场来改变太空碎片的飞行路线。就像大家在磁铁旁边放个小铁片,铁皮会被吸过去一样,电磁防护也是借助类似原理,只是在太空里,用电磁场来吸引铁皮,改变它的方向,甚至还能把它“关”起来,送到安全的地方去。然而这种技术因为本钱高、复杂度高,想要全方位应用还是有非常大的困难。

除此之外,一些科学家还从大家日常的渔网捕鱼中得到想法,想出来一个特别的办法来清理太空中的垃圾——飞网捕获。这个飞网的特别之处在于它的结构非常稀疏,张开后仅需极少的材料就能覆盖非常大一片空间。一个只有3千克重的飞网,展开后的面积将近一千平米,如此的设计让飞网在太空中捕获那些卫星和大块的空间碎片时,无需非常高的精准度。而且在用飞网的过程中不会产生更多的碎片,提升了安全性。

太空垃圾或许会对在轨运行的卫星和其他太空资产构成威胁,增加太空任务的风险,因此更应从源头控制,提高航天技术可持续性,用环保材料,加大监控,准时清理失效设施。太空是全人类的一同财产,保护太空环境需要每个国家之间一同努力与合作。

部分信息源自人民网、央视网、国际在线等

(科学性审核:尹锐,中国载人航天工程航天员系统副总指挥)

Tags:航空航天

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