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中俄太空「危險的接近」引發關注:太空垃圾觸目驚心怎麼辦

2020/10/17 11:19 字級:
讀稿
中俄太空「危險的接近」引發關注:太空垃圾觸目驚心怎麼辦
▲(圖/Getty Images)

自從人類開始進入太空探索以來,一個無法迴避的問題日積月累,變得越來越危險,那就是太空垃圾之多觸目驚心,構成安全威脅。

距離地球1千多公里開外的高處,兩枚在太空自由浮游的太空垃圾向彼此靠攏,距離越來越近。

一枚是久已退役廢棄的俄國衛星,Kosmos-2004,殘破不全,另一枚是完成了使命的中國長征號火箭殘骸,它們之間一度只相隔25米,甚至更近。

如果相撞、「熊抱」,將產生更多太空金屬片塊,散落到空中自由飄蕩,在這個高度的空間長時間停留。

對這類太空垃圾的追蹤研究發現,它們一般重量超過2.5噸 ,相對速度接近每小時15公里,相撞的後果被認為是災難性的,而且會製造出更多太空垃圾。

這個高度的太空碎片對正在運行的衛星和空間站構成了無法忽視的威脅。

從地面追蹤太空垃圾的美國硅谷新興企業LeoLabs見證了俄國廢棄衛星和中國火箭殘骸10月中旬這次危險的近距離相遇過程,發現兩者最後擦肩而過。

那個時段它們下方是南極洲。LeoLabs說南極洲沒有見到碎片跡象,而且仍可追蹤到在空中飄遊的這兩砣金屬。LeoLabs用自己開發的雷達網絡提供軌道測繪服務。

得克薩斯大學奧斯汀分銷的天體動力學家莫利巴·賈(Moriba Jah)博士和在業內享有盛譽的諮詢公司航空航天公司(Aerospace Corporation)估算的結果顯示,Kosmos-2004和長征火箭的殘餘只是隔著大約70米距離打了個招呼。

觸目驚心

太空垃圾日積月累,近地軌道上擁堵狀況嚴重,10年前已有科學家疾呼接近極限,安全隱患觸目驚心。

太空垃圾主要指廢棄的衛星殘骸和其他沒有徹底焚燒的金屬碎片。目前估計有大約90萬片大小介於指甲蓋到保齡球的太空碎片,在近地軌道高速運行。

它們對衛星、火箭、空間站構成極大威脅,平均每年有一顆衛星被太空碎片擊毀。

隨著越來越多的衛星升空,與太空垃圾相撞的可能性越來越大。除了已經在天上的幾千顆商用、軍用和科研衛星,今後幾年還有數千枚將陸續升空。

根據歐洲航天局2020年10月發佈的年度太空環境狀況報告,過去20年中,平均每年觀察到12起太空垃圾事故,包括廢棄的航天器和火箭上剩餘的燃料及電池引起的軌道爆炸。這類事故呈不斷增多趨勢。

太空碎片相撞並引發連串撞擊,導致衛星運行軌道整體污染,即「凱斯勒效應」,也是一大威脅。

2007年,太空碎片數量激增,因為中國在一次反衛星裝置試驗中有意擊毀了「風雲-1C」氣象衛星。兩年之後,美國「銥33」通信衛星與俄羅斯報廢的「宇宙2251」衛星發生碰撞。這兩次事件都在很長一段時間內產生持續性的後果。

美國國家航空航天局(NASA)數據顯示,目前地球軌道上的人造物質總量超過7600噸;美國空間監視網(SSN)正在跟蹤2萬多件體積較大的殘骸碎片。

專家們指出,目前太空垃圾中很大一部分是前蘇聯時代的澤尼特火箭殘片。

追蹤監測

清理太空垃圾的努力過去幾十年來一直沒有間斷,但普遍認為這方面仍面臨重大的技術和經濟挑戰。航空航天大國之間圍繞誰製造更多太空垃圾的爭執還在繼續,而相關的國際共識或法規有待制定。

同時,有分析指出,到2035年太空碎片監控和追蹤市場將達到1億英鎊規模。

追蹤太空碎片的傳統方式包括雷達和光學儀器。

美國空軍的「太空籬笆」項目就是使用雷達來跟蹤大約20萬件太空垃圾。

2014年8月,美國軍工巨頭洛克希德-馬丁公司和澳大利亞光電技術公司EOS簽約,合作追蹤太空碎片,用關穴和激光技術搜尋、跟蹤並識別太空殘骸,合作內容包括在澳大利亞新建追蹤站。

2017年12月,國際空間站實驗艙外連接了一個工具箱大小的碎片感應器,隨空間站圍地球軌道運行,探測毫米級碎片,以及碎片撞擊所有物質的數據,辨別撞擊物是太空隕石還是人造垃圾。

另一個太空大國俄羅斯,與巴西簽署設置新的太空碎片追蹤望遠鏡協議。

除了政府層面的項目,私營部門也越來越多參與太空垃圾檢測追蹤,包括設立或運營地面感應器系統和太空望遠鏡網絡,並向衛星運營機構出售相關數據。

太空垃圾
Getty Images

清除垃圾

掌握碎片行蹤後就可以通過改變碎片的運行軌跡來避免撞擊,但碎片數量巨大,防範難度較高,且難以對付所有的碎片垃圾。

多個國家和一些私人公司正在測試多種移除太空垃圾的方法,其中包括發射捕捉太空垃圾的「魚叉」捕捉器、磁鐵和大網等。

歐洲2018年6月發射衛星,測試太空垃圾清理回收的可能性。測試的關鍵技術包括:視覺導航系統、捕捉碎片的網和叉、迫使碎片減速後脫離軌道墜入大氣層的裝置。

這項稱為REMOVEdebris任務的協調機構是位於英國南部的薩里太空中心。

「太空魚叉」可以擊碎較大的太空垃圾,尺寸與鋼筆相仿。擊碎的垃圾通過垃圾搜集網和脫軌裝置進入大氣層自行焚毀。

如果REMOVEdebris裝置獲得成功,歐洲後續將啟動更多的任務,也希望商業機構後續跟進參與。

歐洲航天局選擇報廢的衛星測試通過e.deorbit航天器將不受地面控制的物體安全地清除出繞地運行軌道。

航天器上安裝了感應器,以便安全接近衛星,與國際空間站等受控制的物體對接。

2012年 2月,瑞士科學家啟動清理太空垃圾衛星計劃,「清潔太空一號」(CleanSpace One )衛星的任務是在環繞地球運行的過程中收集軌道上的太空垃圾,然後攜帶垃圾返回地球,而返程中這些垃圾會在大氣層焚毀。

2016年,日本發射「鸛」號貨運飛船,為國際空間站運送給養的同時,測試清除太空垃圾技術。

飛船在太空飛行途中釋放出一條金屬導索,使其吸附到太空垃圾的表面,通過金屬導索向其放電,利用物體在磁場中通電後會發生運動的原理,讓其減速。在低於圍繞地球旋轉所需的速度後,墜入大氣層,與大氣層摩擦燒燬。

歐洲航天局計劃在2025年發起首次清除地球軌道碎片垃圾的太空任務。

英國太空署希望英國企業積極參與太空垃圾追蹤市場,目的是吸引更多衛星運營商到英國落戶。

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關鍵字: 俄羅斯 太空 垃圾 衛星
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