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太空垃圾频繁肇事 各国探讨清扫方法

来源:南方日报       更新时间:2011-10-17 9:25:33
 
室前主任唐纳德·凯斯勒表示:“当前的太空环境对航天器和宇航员越来越危险。”

  太空垃圾既包括已“寿终正寝”的各类卫星、被遗弃的运载火箭推进器残骸等,也有航天器意外爆炸或者碰撞形成的碎片。自50多年前前苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来,全世界各国一共执行了超过6000次发射任务,产生了大量的太空垃圾。这些垃圾却极难处理。除了部分坠入大气层烧毁外,还有大部分垃圾留在近地轨道和同步轨道高速飘荡,成为随时可能引发事故的太空幽灵。

  目前在轨时间最长的太空垃圾是美国在1958年发射的一颗命名为先锋的卫星,成为了太空垃圾的“元老”。空间碎片如枪林弹雨。在近地轨道与地球同步轨道上,无数碎片像霰弹一样射向正在服役的航天器,防不胜防,几毫米大小就能损坏航天器外壳;直径1厘米的碎片碰撞卫星时释放的能量相当于一颗手榴弹爆炸;几厘米、十几厘米直径的碎片就可以改变航天器的运行轨道。

  太空碎片不仅威胁航天员的安全撞毁宇宙飞船,还会影响对太空的观察。太空碎片撞到太空望远镜,将使镜体遭到损坏。著名的“哈勃”望远镜就是在这些小碎片的袭击下伤痕累累,外表遍布凹坑和划痕,还有数百个深洞。

  NASA将碰撞风险根据大小的威胁分为三大类。对于10厘米以及更大的碎片,监控系统可以跟踪它们,联合评估和避碰演习能够有效减少碰撞,NASA将这类太空碎片精确记录在案。

  “太小的碎片则难以跟踪观测,而太大的碎片则难以避开。”NASA一篇分析文章指出。研究太空垃圾的美国国家航空和宇宙航行局首席科学家为尼古拉斯·约翰逊表示:“最大的风险来自小到不可跟踪的碎片。”

  为使正在服役的航天器免于被袭击,美国、俄罗斯、欧洲、中国、日本等空间监视网都加强了监视它们的行踪。

  我国空间碎片

  监测系统待建

  中国空间技术研究院副院长、空间碎片行动计划首席专家李明透露,我国自2000年起启动了“空间碎片行动计划”,目前国内已确定了以数据库为载体的“空间碎片探测预警工程”、以防护设计专家系统为载体的“空间碎片防护工程”和以空间碎片减缓设计标准为载体的“空间环境保护工程”的三大主题工程。

  李明表示,目前,中国空间碎片撞击风险评估研究已处于国际先进水平,自主开发的空间碎片防护设计系统不仅具有风险评估的功能,而且在防护结构优化方面居于领先,并逐渐拓展至布局优化领域,已用于中国载人航天器防护结构设计。

  “在相关研究的基础上,中国建立了空间碎片监测网,形成了对空间碎片的常规预警机制。”李明介绍,2007年10月,空间碎片监测网成功为嫦娥一号安全飞行提供了空间碎片碰撞预警服务,累计跟踪观测了1551个碎片;2008年3月,成功为神舟七号安全飞行提供了空间碎片碰撞预警服务,完成了相关碎片筛选、监测与轨道测定。

  李明介绍,我国还对鑫诺二号卫星和寿命末期的风云二号B、风云二号A卫星进行了离轨处置,开创了中国地球静止轨道卫星任务后离轨处置操作的先河,得到国际“机构间空间碎片协调委员会”各成员国的高度评价。

  但目前,我国研究,主要参考的是北美防空司令部(NORAD)定期公布的两行轨道(TLE)数据。为此,国家天文台空间碎片研究和应用中心在一篇报告中提出,“为摆脱依赖国外轨道数据的窘境,还是应该抓紧建立自己的空间碎片监测系统。”

  各国采取行动

  清扫太空垃圾

  随着报废卫星数量的逐渐增多,轨道碎片数量以每年2%的速度递增。太空适合航天器安全工作的空间越来越有限,这么下去,到2300年,地球将被严密包围,任何东西都别想进入太空轨道了。怎样对付这些游荡在太空的幽灵?各国科研人员可谓使尽了浑身解数。

  机构间空间碎片协调小组制定了《空间碎片减缓指南》,指出了减少空间碎片的三种方法:对航天器和火箭采取钝化措施,减缓碎片的产生;设立“垃圾轨道”,腾出有价值的轨道空间,减少空间碎片对航天器的危害。清除碎片是减少空间碎片的根本方法,但经济上难以实施。

  欧洲空间局委托德国不伦瑞克技术大学开发了一种模拟程序,用统计学的分析给出了碎片可能碰撞的速度、大小和方向。当不可避免的轨道碎片与防护屏发生碰撞时,防护屏被击碎,同时太空垃圾也被撞碎变成粉末,从而减弱对航天器的威胁。

  俄罗斯国家航空系统科研所更进一步,把航天器防护屏幕做成了网状,并在防护屏外涂

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