太空垃圾:不能避免的太空污染

2017年09月23日 17:44 科普中国-科学原理一点通

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废弃的人造卫星、航天器、载人航天丢弃的工具、航天服手套、摄像机等都是太空垃圾。很小的一块太空垃圾由于相对速度很大,卫星会在瞬间被打穿或击毁,给载人飞船和人造卫星造成巨大损伤。

太空中的垃圾是从哪儿来的?

人类在太空活动的废弃物,技术上称为空间碎片的就是太空垃圾,也是造成太空环境污染的主要来源之一。

空间碎片的定义由空间碎片协调委员会协调决定的:空间碎片是指轨道上的或重返大气层的无功能人造物体,包括其残块和组件。太空垃圾呈多样性。自从第一颗人造卫星在1957进入太空以来,世界各国发射的空间探测器、人造地球卫星载人航天器共计6000多个。

有些人造卫星或航天器完成任务后不能返回地面,只能继续绕轨道运动,对其他航天器的安全造成威胁,变成了太空垃圾。载人航天丢弃的工具航天服手套、摄像机等也是垃圾来源之一。

火箭助推器直径大于10厘米,在太空垃圾中占17%的比例;此外还有31%的废弃卫星;撞击留下的38%的碎片;来自其他各种太空任务的13%残存物,这些垃圾的总质量达5500吨之巨。火箭、卫星的液体燃料箱受内部压力会炸成碎片成为太空垃圾。俄罗斯报废的1吨重的军事通信卫星在太空中与美国通信卫星相撞,产生了数千块碎片,成为大量的太空垃圾。

美国在1963年5月进行无线电反射通信试验,在3650千米高的轨道上散布了3.5亿枚细小铜针,并形成人工的环状针云。美国猜想这些铜针在太阳辐射压力的作用会在3年内离开轨道,直到现在铜针偶然才会返回大气层,大部分铜针仍残留在轨道上,这些铜针,对航天器形成了威胁。当时英国皇家天文学会由于“针雾”影响了天文观测进行了抗议;以“美国玷污了宇宙”为题的苏联《真理报》也进行了批评。1967年的联合国《外层空间条约》因这次事件被提交到联合国,影响了有关条款的制定。

太空垃圾在落入大气层过程中会互相撞击、分裂成更多碎片,造成更多数量垃圾。即使人类停止发射航天器,在2055年之前太空垃圾的数量会保持稳定。在未来两个世纪里,则呈上升趋势,那些直径大于10厘米的9000块太空垃圾将增加到11000块。

太空垃圾的来源

微小太空垃圾威胁的应对有什么方法?

现在的手段很难监控,轨道上运行的大量毫米级和微米级的太空垃圾。这些不起眼的毫米级垃圾有可能穿透数毫米厚的舱壁,光学镜头成像质量的降低受微米级太空垃圾的影响,它们都能威胁到高速飞行的航天器。

应对微小的太空垃圾,只能对卫星进行自我防护,别无他法。可以加固航天器进行自我防护,改变表面结构、优选表面材料和增加厚度,使航天器“增强体质”提高抵御碎片撞击能力;增加屏障就是在航天器外穿上防弹衣,降低缓解太空垃圾的撞击损害;像光学镜头这样脆弱怕撞击的关键部位,可以安置在航天器内部让它“深藏不露”。预防微小太空垃圾的撞击,可以把这几种手段综合运用,就能提高航天器的抵抗能力。

捕捉太空垃圾的磁网

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