第五章 太空垃圾
太空垃圾
簡單來說，就是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物。
最近，NASA(美國國家航空航天局)憂心忡忡地公布：2005年1月17日，南極上空885千米，發生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一塊31年前發射的，美國雷神火箭推進器遺棄物，與中國6年前發射的長征四號火箭CZ-4碎片相撞。這是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。
最早提出“太空垃圾”概念的是防空部隊的值班人員，因為監控宇宙空間的部門每天要監視5萬多個物體，太空垃圾常令他們迷惑。16年前，加拿大某氣象台宣布，發現了英仙星座附近有星體爆炸。後來才弄楚，這不過是一顆廢棄人造衛星在太陽光反射下造成的效果。另據俄報載，1987年，曾發生過因連接器擰不緊，“量子”艙無法同“和平”號對接的情況。當時，經驗豐富的地麵控製中心認為，艙外肯定有物質幹擾對接，於是派一個考察組上去檢查，結果發現那裏有一個金屬殘片。
20世紀60年代以前，沒人聽說過太空墜落物，但是自1973年以來，每年有數百塊太空垃圾墜落地球。但由於其在經過大氣層與空氣產生的急劇摩擦使得這些垃圾在未通過大氣層時就自我燃燒殆盡，在大氣層的保護下就自我毀滅了。萬幸的是，迄今沒有大型的太空垃圾墜向地球，因此也尚未傷人。
美國東部時間2009年2月10日上午ll時55分(北京時間2月11日晚0時55分)，美國和俄羅斯的兩顆通信衛星在太空相撞並產生大量太空垃圾，這極有可能會對國際空間站構成威脅。
美國宇航局表示，他們還需要數周時間來判斷此次事故帶來的破壞程度，目前隻是在對約500塊體積較大的碎片進行跟蹤。
根據其通報，這次衛星相撞發生地點位於西伯利亞上空790千米，兩顆相撞的衛星分別是美國1997年發射的一顆銥星，以及俄羅斯1993年發射的一顆衛星。前者是銥星公司運行中的66顆通訊衛星之一，後者則是一顆報廢的俄羅斯衛星。
這也是人類曆史上首次發生衛星相撞事故。
美國宇航局太空垃圾跟蹤首席科學家尼古拉斯·約翰遜說，盡管以前曾經觀測到三次很小的碰撞，但是這麽大的兩顆通訊衛星撞到一起還是第一次。
近年來，隨著地球外層空間逐漸被人造物體所充斥，太空交通控製問題也已經日益突出。
根據美國宇航局的統計，目前地球軌道上有大約4000個運行中或報廢的人造衛星和火箭殘體，此外還有大約6000個可以看到並跟蹤的太空垃圾碎片；而直徑超過一厘米的太空垃圾，更多達20萬個。這些物體大多數的運行速度，都在2萬千米／小時以上。
運行在地球軌道上的這些物體無時無刻不對衛星本身的安全、航天飛機以及國際空間站的安全構成威脅。
根據美國憂思科學聯盟截至2009年1月21日的統計數據，目前運行在地球軌道上的人造衛星為905顆，其中美國443顆、俄羅斯9l顆、中國54顆，最為擁擠的地球同步軌道(高度35860千米，赤道上空，傾角為0)上的衛星為366顆。近地軌道(700千米到2000千米)上有442顆。
2008年10月，來自美國、歐盟、俄羅斯和中國的幾百名太空安全專家曾經在意大利羅馬召開了一次國際太空安全會議，其議題就是“民用太空環境安全預警”。
這次會議的發起人之一，世界安全基金會的技術顧問布萊恩·維頓就表示，直到目前，太空環境安全的討論還隻限於軍事範疇。
但他提醒說，太空環境安全預警不僅對於軍事行為至關重要，也對於民用航天器生死攸關，因此必須在國際範圍內建立一套類似於目前管理民用航空係統的太空交通管製係統，以避免日後出現的混亂。而在目前，少有企業和國家擁有獨立完成和運行這樣的係統的資源。
早在1985年，美國主要政府智囊機構阿斯平戰略集團就提出，地球同步軌道上的航天器正在以每十年翻一番的速度增加，將顯著增大太空行為的難度和太空事故的可能性，因此必須提高美國的太空監測和跟蹤能力。
這在很大程度上，促成了美國太空監視網的進一步完善。目前這套網絡由分布在全球的25個陸基雷達站點組成，能夠發現在3萬千米高空飛行的直徑隻有十厘米的物體，迄今他們已經對超過數萬個繞地飛行的太空物體進行過跟蹤調查，嚴密監控中的在軌目標達1．8萬個。
不過要將全球隸屬於各個國家、具備不同用途，甚至包含軍事機密的人造衛星納入到統一的太空交通管製係統，盡管技術上的障礙不難克服，政治上卻存在難以逾越的鴻溝。
美國華盛頓防務信息中心主任特麗莎·海申斯就表示，隨著軍事上投入的增加，也迫切需要建立一套用於非軍事用途的中立的數據分享係統，以確保透明和避免摩擦。
目前運行中的在線衛星跟蹤係統，可以根據美國北美太空安全司令部(NORAD)的監測數據跟蹤太空中衛星的運行情況，並每周提供一份“蘇格拉底報告”，預測在下一周可能發生的衛星軌道交錯事件。
不過這次的衛星相撞事件卻並未被預測到，原因是俄羅斯衛星脫離了原有軌道。位於美國休斯頓約翰遜太空中心負責研究軌道殘骸的專家馬克·馬特尼就指出，俄羅斯的衛星首先失去了控製，並脫離了原先的軌道，因此造成了此次撞星事故。
但他同時也警告說，如果國際社會不能盡快采取措施，“我們知道這種相撞事故遲早會發生的。”
種類
太空垃圾的名目繁多：大的有已經“壽終正寢”，但仍在空間軌道兜圈子的衛星、空間站等航天器，被遺棄的運載火箭推進器殘骸；中等有意外爆炸形成的碎片，如1996年6月3日，美國一枚飛馬座火箭發生爆炸，共產生了約300000個危害性碎片；小的有一些零部件，如星箭分離用的爆炸螺栓、衛星包帶和彈簧等，還有宇航員“隨地亂扔”的垃圾，比如1965年，在美國首次太空行走過程中，宇航員愛德華失手丟掉了一隻手套(還好，一個月後，這隻時速近28000千米，人類曆史上殺傷力最大的手套墜人大氣層燒毀)；更多的則是極其微小的空間微粒，如航天器脫落的油漆顆粒等。
那麽在近地球軌道究竟有多少太空垃圾呢?有人估算，自開辟太空時代50年來，太空垃圾大約已有2．5萬塊。由於其中許多物體在進入大氣層時燒掉了，現在能夠看到的大約有9000件。而且，一個太空飛行器若在600千米的高空飛行，它將圍繞地球轉25～30年，如果它位於1000千米的高度，則可飛行到4001年，如果再高，它則幾乎會成為永恒的物體。如今，太空中這種“長壽”垃圾越來越多，清除將是極其艱難的。
自上世紀50年代開始進軍宇宙以來，人類已經發射了4千多次航天運載火箭。據不完全統計，太空中現有直徑大於10厘米的碎片9千多個，大於1．2厘米的有數十萬個，而漆片和固體推進劑塵粒等微小顆粒可能數以百萬計。
不要小看這些太空垃圾，由於飛行速度極快(6～7公裏／秒)，它們都蘊藏著巨大的殺傷力，一塊10克重的太空垃圾撞上衛星，相當於兩輛小汽車以100公裏的時速迎麵相撞——衛星會在瞬間被打穿或擊毀!試想，如果撞上的是載人宇宙飛船……
而且人類對太空垃圾的飛行軌道無法控製，隻能粗略地預測。這些垃圾就像高速公路上那些無人駕駛，隨意亂開的汽車一樣，你不知道它什麽時候刹車，什麽時候變線。它們是宇宙交通事故最大的潛在“肇事者”，對於宇航員和飛行器來說都是巨大的威脅。
目前地球周圍的宇宙空間還算開闊，太空垃圾在太空中發生碰撞的概率很小，但一旦撞上，就是毀滅性的。更令航天專家頭疼的是“雪崩效應”——每一次撞擊並不能讓碎片互相湮滅，而是產生更多碎片，而每一個新的碎片又是一個新的碰撞危險源。如果有一天，等地球周圍被這些太空垃圾擠滿的時候，人類探索宇宙的道路該何去何從呢?
太空垃圾是人類在進行航天活動時遺棄在太空的各種物體和碎片，它們如人造衛星一般按一定的軌道環繞地球飛行，形成一條危險的垃圾帶。太空垃圾可分為三類：一是用現代雷達能夠監視和跟蹤的比較大的物體，主要有種種衛星、衛星保護罩及各種部件等，這類垃圾目前已達8000多個；二是體積小的物體，如發動機等在空間爆炸時產生的，其數量估計至少有幾百萬；三是核動力衛星及其產生的放射性碎片，到2000年，這類衛星送到地球軌道上的碎片達3噸。
1957年10月4日，前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星，揭開了人類空間時代的序幕，同時也為太空送去了第一批垃圾。當時，宇航員完成飛行任務，把衛星的裝載艙、備用艙、儀器設備及其他遺棄物都留在了衛星軌道上。此後，隨著人類太空史上的一次次壯舉，太空垃圾與日俱增。人類先後已將4000餘顆衛星送入太空，目前仍在正常運轉的僅有400餘顆，其餘的或墜毀於地球表麵，或遺留在太空，成為太空垃圾。據統計，目前約有3000噸太空垃圾在繞地球飛奔，而其數量正以每年2％～5％的速度增加。科學家們預測：太空垃圾以此速度增加，將會導致災難性的連鎖碰撞事件發生，如此下去，到2300年，任何東西都無法進入太空軌道了。
危害
太空垃圾給航天事業的發展帶來了隱患，它們成為人造衛星和軌道空間站的潛在殺手，使宇航員的安全受到嚴重威脅。要知道，太空垃圾是以宇宙速度運行的。一顆迎麵而來的直徑為0．5毫米的金屬微粒，足以戳穿密封的飛行服；人們肉眼無法辨別的塵埃(如油漆細屑、塗料粉末)也能使宇航員殞命；一塊僅有阿司匹林藥片大的殘骸可將人造衛星撞成“殘廢”，可將造價上億美元的航天器送上絕路。在人類太空史上，太空垃圾造成的事故和災難屢見不鮮。1983年，美國航天飛機“挑戰者”號與一塊直徑0．2毫米的塗料剝離物相撞，導致舷窗被損，隻好停止飛行。前蘇聯的“禮炮-7”號軌道站也多次被此類“塵埃”損壞。1986年，“阿麗亞娜”號火箭進入軌道之後不久便爆炸，成為564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片，這枚火箭的殘骸使兩顆日本通信衛星“命赴黃泉”！1991年9月15日，美國發射的“發現者”號航天飛機差一點與前蘇聯的火箭殘骸相撞，當時“發現者”號與這個“不速之客”僅僅相距2．74千米，幸虧地球上的指揮係統及時發來警告信號，它才免於喪生。據計算，目前太空軌道上每個飛行物發生災難性碰撞事件的幾率為3．7％，發生非災難性撞擊事件的可能性為20％。以此計算，今後將每5～10年可能發生一次太空垃圾與航天器相撞事件，到2020年將達到2．年一次。
太空垃圾不僅給航天事業帶來巨大隱患，而且還汙染了宇宙空間，給人類帶來災難，尤其是核動力發動機脫落，會造成放射性汙染。目前，美國和前蘇聯在空間的核反應堆中有1噸的鈾一235及其他核分離物。前蘇聯共發射3l顆核動力偵察衛星，其中已有兩顆給地麵帶來汙染：1978年，“宇宙954”號大量放射性殘骸落入加拿大的斯克拉芬海；1983年，“宇宙1402”號的反應堆芯落入南大西洋。
從法規上，主要是訂立規章，規範航天發射，盡量減少太空垃圾的產生。在技術上，所提出的措施則多種多樣。其中，一個要加強觀測，通過天文望遠鏡觀察太空垃圾，及時發出警報。但是，天文望遠鏡隻能觀察到10厘米以上的垃圾，小的還看不到。為此，有的科學家提出給宇宙飛行器加上有陶瓷材料和高分子材料製成的盾牌，抵擋小垃圾的撞擊。另外，還有人提出，使用小衛星和離子火箭，緩慢接近垃圾，然後或是將其軌道改變或是摧毀它，以便減小威脅。
減少太空垃圾，歸結起來是“避、禁、減、清”。
避：就是對太空垃圾進行嚴密監視與跟蹤，並采取有效的技術手段，使航天器及時避開太空垃圾。
禁：就是國際上製定有關法規，禁止在空間進行實驗和部署各種武器，限製發射核動力衛星，使空間成為為人類文明服務的和平空間。
減：就是發射航天器的國家應采取措施，盡量減少太空垃圾的增加。 ，
清：就是發展太空垃圾清除技術。
火箭末級，采取轉移軌道措施，使其返回大氣層燒毀；對已達到預定壽命的衛星，讓其獲得逃逸速度，遠離近地空間或轉用清除裝置進行清除。有些專家提出設想，運用激光的力量，使大塊垃圾首先改變運行軌道，然後將其氣化。
人類隻有一個空間，隨著人類對太空環保的重視，太空垃圾必將得到治理，那時人類將重新獲得一個美麗而清潔的宇宙太空，宇宙遨遊將美麗而浪漫。