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重4吨的火箭残骸撞上月球,致命的太空垃圾该如何清除?

林志佳

林志佳

· 3月6日

从人类踏入太空至今,已经产生了超过2.7万块、总重量超过8400吨的太空残骸碎片或“太空垃圾”。其中大部分垃圾来自散落的火箭零件。

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重4吨的火箭残骸撞上月球,致命的太空垃圾该如何清除?

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由于飞行器进入大气中产生极高的热量和机械负荷,会导致卫星解体的模拟图 (图片来源:欧空局)

由于飞行器进入大气中产生极高的热量和机械负荷,会导致卫星解体的模拟图 (图片来源:欧空局)

泛滥成灾的太空垃圾,如今开始撞击到了月球。

据网易新闻引述外媒报道,美东时间3月4日早上7点30分左右,一块在太空中飞行了七年、重约4吨的火箭残骸碎片,以每小时近5800英里(10944公里)的速度冲撞上月球背面。

目前暂时还不太清楚撞击情况,撞击坑可能要到数周乃至数月之后才会被观察到。

《科学美国人》杂志指出,这是太空中第一起太空垃圾撞击月球的意外案例,预计该撞击坑直径可能会达到20米左右。

美国宇航局(NASA)已经表示,他们正在征召一架轨道飞行器到达事故地点,以确认撞击现场的具体信息。

实际上,过去六十年来,随着美国、俄罗斯(苏联)等航空航天大国不断部署的火箭、卫星等飞行器与载荷寿终正寝,无法被各国使用的人造废弃物及其衍生物开始降落到低轨,造成的太空垃圾日积月累,近地轨道上拥堵状况严重。

2021年11月,韩国“阿里郎3号”卫星险些被一块高速飞行的太空垃圾击中。垃圾与卫星之间的最近距离,一度只有62米,该卫星通过紧急上升高度才躲过一劫;而在今年2月初,马斯克的SpaceX公司在发射过程中出现事故,由于遭遇了地磁风暴,发射的49颗星链卫星中,有40颗卫星坠落地球大气层,且被烧毁。

尽管10年前已有科学家疾呼接近极限,但各国围绕谁制造太空垃圾的争执还在继续,相关的国际共识或法规仍未制定,太空垃圾的清理工作成为悬案。

有分析指出,预计到2035年,太空碎片监控和追踪市场规模将达到一亿美元以上。 

近日接受钛媒体App独家采访时,商业卫星及地面应用研发商“微纳星空”创始人兼总经理高恩宇表示,对于太空中航天器造成太空垃圾的在轨管理,确实是需要统一进行,而且这不是一个国家的事情,更多是全人类的事情。

不过高恩宇也指出,目前并不存在太空资源已经拥挤到像地面停车这种需求,太空中的相互碰撞是一种非常低的概率事件。NASA科学家曾表示,太空中的相互碰撞几率已低至1000万分之几左右。
太空飞行器入轨图,白色就是实际在轨管理的卫星、火箭产品(来源:NASA)

太空飞行器入轨图,白色就是实际在轨管理的卫星、火箭产品(来源:NASA)

总量超8400吨,太空垃圾会造成什么影响?

首先要明确的是,太空垃圾主要指废弃的卫星残骸和其他没有彻底焚烧的金属碎片。

随着航天器退役、自然解体或意外碰撞,这些无法被各国使用的人造废弃物及其衍生物开始降落到低轨,环绕地球飞行,却毫无用处,于是被统称为“太空垃圾”。

据估算,目前有大约90万片大小、介于指甲盖到保龄球的太空碎片。而它们主要集中在500千米至800千米高度的轨道上,这里也是现役卫星运行所处轨道。

根据美国宇航局(NASA)以及美国空间监视网 (SSN) 数据显示,从人类踏入太空至今,已经产生了超过2.7万块、总重量超过8400吨的太空残骸碎片或“太空垃圾”。其中大部分垃圾来自散落的火箭零件。

实际上,太空垃圾并非自古以来就存在,至少在1957年之前,太空是很“寂静”的。

不过随着经济、国防、科研的需求,人类开始不断开发空间资源,形形色色的航天器来到了外空间,除了地外探索,如火星、月球探测等,大多数卫星都集中在地球周围,而航空器就不可避免地产生大量碎片。有媒体统计过,这些“太空垃圾”前五大来源国分别是俄罗斯、美国、中国、法国和印度。

它们以接近3万公里的时速运行,对卫星、火箭、空间站构成一定威胁,平均每年就会有一颗卫星被太空碎片击毁。而太空碎片相撞并引发连串撞击,直至将所有航天器损毁,会导致卫星运行轨道整体污染,即“凯斯勒现象效应”。

虽然今天是第一起太空垃圾与月球相撞事件,但这并不是第一次人造物体在月球坠毁。

早在1985年,苏联(俄罗斯)就用导弹撞毁了美国在1979年发射的一枚观测卫星,该反卫星武器直接威胁到了处于美苏冷战中的美国。

到了1996年,一颗法国卫星被十年前爆炸的法国火箭碎片击中并损坏,随后碎片在月球中坠毁。

2007年,太空碎片数量激增,中国在一次试验中击毁了1999年发射的“风云-1C”气象卫星。

两年之后的2009年,美国“铱33”通信卫星与俄罗斯报废的“宇宙2251”卫星发生碰撞,增加了2300多块可追踪的大型碎片和更多较小的碎片。这两次事件都在很长一段时间内产生持续性的后果。

如今这次火箭碎片与月球意外相撞事件,是由美国卡塔琳娜巡天望远镜发现的,随后被命名为WE0913A。

但WE0913A并不像小行星那样围绕太阳运行,而是绕地球运行,为此美国天文学家比尔·格雷 (Bill Gray) 怀疑其是人造物体,并于2015年3月首次预测该物体将与月球相撞。
动画显示了火箭运动撞击轨迹。绿色路线是撞击月球的模拟动作,白色路线是撞击前绕地球的运动状态(来源:WSJ)

动画显示了火箭运动撞击轨迹。绿色路线是撞击月球的模拟动作,白色路线是撞击前绕地球的运动状态(来源:WSJ)

由于其撞击到月球背面,因此科学家无法在一段时间内观测到撞击坑,直到环绕月球运行的卫星运行到合适的轨道才能观察到相关情况,以此帮助他们更好地了解月球地表下的科学现象以及撞击影响。而月球上布满了​​自然形成的撞击坑,估计数量超过10万个。

不过目前,大家对这次撞击月球的火箭残骸信息有所争议。此前比尔·格雷指出,火箭残骸可能来源于马斯克的SpaceX于2015年发射的一枚猎鹰火箭,但也有分析认为是来自中国的飞行器。这一争议结论则需要飞行器发现撞击现场才能确定。

值得一提的是,美国哈佛-史密松天体物理学中心科学家乔纳森·麦克道尔威尔(Jonathan McDowell)就指出,“太空垃圾”数量与风险正不断增加。

他发现SpaceX发射上天的800多颗星链卫星中,大约有3%因故障而失效,造成的太空垃圾,即产生的“死”卫星最终可能会达到1200多颗。

解决手段:追踪监测、清除垃圾

面对太空垃圾,各国都在积极行动,从规避,到预防和防护监测,再到清除。

目前,人类解决太空垃圾问题最有效的解决手段主要包括追踪监测、清除垃圾两种。

其中,追踪太空碎片的传统方式包括雷达和光学仪器。

2014年8月,美国提出“太空篱笆”项目计划,让军工巨头洛克希德·马丁公司和澳大利亚光电技术公司EOS签约,合作追踪太空碎片,用关穴和激光技术搜寻、跟踪并识别太空残骸,合作内容包括在澳大利亚新建追踪站,使用雷达来跟踪大约20万件太空垃圾。

2017年12月,科学家研发出一种太空追踪设备,在国际空间站实验舱外连接了一个工具箱大小的碎片感应器,随空间站围地球轨道运行,探测毫米级碎片,以及碎片撞击所有物质的数据,辨别撞击物是太空陨石还是人造垃圾。

太空大国俄罗斯则与巴西签署设置新的太空碎片追踪望远镜协议,包括设立或运营地面感应器系统和太空望远镜网络等,用来追踪太空碎片相关数据。

另一方面,由于太空垃圾数量巨大,造成追踪难度越来越高,目前各国正在测试多种清除太空垃圾的方法,包括发射捕捉太空垃圾的“鱼叉捕捉器”、磁铁和大网等。

2016年,日本发射“鹳”号货运飞船,为国际空间站运送给养的同时,测试清除太空垃圾技术。

该飞船在太空飞行途中释放出一条金属导索,使其吸附到太空垃圾的表面,通过金属导索向其放电,利用物体在磁场中通电后会发生运动的原理,让其减速。在低于围绕地球旋转所需的速度后,坠入大气层,与大气层摩擦烧毁。

2018年6月,欧洲发射了一枚卫星,测试太空垃圾清理回收的可能性。测试的关键技术包括:视觉导航系统、捕捉碎片的网和叉、迫使碎片减速后脱离轨道坠入大气层的装置。

其中“太空鱼叉”可以击碎较大的太空垃圾,尺寸与钢笔相仿,垃圾则直接通过搜集网和脱轨装置进入大气层自行焚毁。

2019年,欧洲航天局宣布,委托一家名为ClearSpace公司,计划在2025年开展人类第一个太空垃圾清理任务, 由清理卫星ClearSpace 1执行任务。通过环绕地球运行的卫星,耐心织网,慢慢接近垃圾,然后俘获它们,再开启返回推进器,将携带太空垃圾返程,而返程过程中这些垃圾会在大气层焚毁,一起坠回地球。

高恩宇对钛媒体App表示,目前全球清理太空垃圾的行动是有一定效果的。中国研发的卫星产品是可以保证其在目标轨道上持续正常运行,而在末期会自动陨落,进入大气再烧毁,从而减少“太空垃圾”风险。

“(我们卫星)进入轨道的方式,和SpaceX的星链是不同的。星链是火箭先把卫星送入200~300公里的轨道,之后卫星要自己再爬升300公里左右,进入500~600公里目标轨道。而中国发射的火箭,是把卫星直接送入500多公里的目标轨道,是不需要飞行自己变轨的,所以就不存在卫星变轨可能会发生故障,从而停留在过度轨道当中。”高恩宇对钛媒体App表示,星链造成的太空垃圾更多是变轨、制造过程中未达最高水准所造成的。

在他看来,尽管卫星是有寿命的,但中国的卫星会搭载着电推进的变轨装置,在末期自动陨落、坠入大气,是不会产生影响空间站运行的太空垃圾的。

不过高恩宇也强调,随着深空的正常化,“太空垃圾”必须要进行治理。

“由中国发射的卫星,无论是体制内的还是体制外的,大家都有义务要对空间碎片减缓,做出自己的努力。”他说。

(本文首发钛媒体App,作者|林志佳) 

本文系作者林志佳授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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    月球公民表示抗议

    2022-03-13 14:58 via iphone
  • 回复

    太空垃圾清理感觉像是数个世纪以前的海上石油泄漏清理

    2022-03-09 13:58 via iphone
  • 现在中国有了空间站,未来100年左右中国也会发射一枚类似太空垃圾清理的机器,为什么是中国呢,因为除了中国,没有一个国家会搞

    2022-03-06 18:12 via android
  • 太惊悚了

    2022-03-06 17:36 via android

Oh! no

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