卫星排队上天 太空垃圾成灾

计算机模拟的近地轨道空间碎片图。　　图源：NASA官网

 

今日视点

美国《连线》杂志在线版日前刊登文章称，随着私人太空企业开始向地球轨道进军，以及低成本的立方体卫星和纳米卫星让平常人也能支付得起，太空中的一个问题—-太空垃圾将会变得日趋严重。

太空垃圾是一些零零碎碎的、围绕地球轨道的无用人造物体，也称空间碎片或轨道碎片。它们小到由人造卫星碎片、漆片、粉尘构成，大到是一整片飞船的残骸。

问题多严重？

我们的近地轨道目前是拥挤的交通要塞，而且还没有“警察”来疏导。

自上世纪60年代初以来，太空垃圾的数量已开始呈指数级增长。据美国国家航空航天局（NASA）2016年估计，目前地球轨道上有1亿个一粒盐大小的人造物体、50万个弹珠大小的物体、2.3万个接近或超过垒球大小的物体。2009年，一颗废弃的俄罗斯卫星与美国商业卫星相撞就制造出了2000多个碎片。

除了卫星，还有火箭。达伦·麦克奈特是美国弗吉尼亚一间为政府间谍卫星服务公司的技术总监，据他估计，每年两颗苏联废弃火箭相撞的概率为1/4000，产生的碎片数量可想而知。

2016年5月，欧洲空间局（ESA）在其官方网站公布了宇航员蒂姆·佩克从观察舱内部拍摄到的照片，其展示了舱体被极微小的太空垃圾撞击留下的槽。撞击的太空垃圾直径可能不到千分之一毫米。国际空间站对此使用了大量屏障来保护宇航员，因而，此类级别的撞击并没有危险性。

但大碎片就完全不同。只要与一块大于10厘米的太空垃圾碰撞，航天器就会遭遇毁灭性打击。而在1亿块环绕地球运行的太空垃圾中，直径超过10厘米的至少有2.7万块。

未来会怎样？

苏联发射人类第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”，开启了太空探索的新篇章，但也意味着我们开始有意无意地在宇宙空间遗弃各种残骸和废物。这些碎片不仅给航天事业带来巨大隐患，还污染了宇宙空间；同时也给人类带来灾难，尤其是核动力发动机脱落，会造成放射性污染。

而在可预见的未来，这种情况还会更加严重。

一方面是微电子、微机械、纳米等技术的进步促进小卫星设备—立方体卫星和纳米卫星的普及。立方体卫星最显著的特点就是部署廉价：它可以被捆绑在一枚大的火箭平台上。尽管发射一枚火箭需要花费5千万美元到3亿美元，但在一个大的火箭平台上搭载一个立方体卫星，只需额外花费5万至10万美元，这使其应用层面更广。而纳米卫星更是需要由相当数量的卫星形成分布式的星座系统，才能实现其功能。

另一方面，据《连线》杂志的文章称，现在私人太空公司已预备在2025年前发射数以万计的卫星——其中美国太空探索技术公司（SpaceX）计划发射1.2万颗小型互联网卫星；OneWeb公司—一家成立于英国、主要利用微型卫星构建长距和低延迟性无线网络的公司，则计划发射约700颗卫星；卫星公司Planet目前计划发射100颗卫星。

我们怎么办？

鉴于越来越多卫星正排队上天，人们开始构思一个未来能有效减少无用碎片的方法，那就是延长卫星的使用寿命。

通常来讲，一颗卫星从被发射出去起，就开始了它走向报废的过程，而地球上的我们对此无计可施。目前，工程师们可以利用各种卫星传感器的数据进行推算，对地球轨道中的卫星进行远程故障检测，这使得卫星的软件系统能得到修复升级，但硬件一旦损毁是不可逆转的。卫星公司只能眼睁睁看着自己的宝贝成为太空垃圾。

但就在上个月，美国国防高级研究计划局（DARPA）发起了一项名为“同步卫星维修机器人”（RSGS）的研究项目，决定开发出一款卫星维修航天器，其可以改变同步卫星的轨道；帮助展开被卡住的太阳能板等等，从而有望让原本只能“一次性”使用的卫星通过修复焕发活力。按计划，这架航天器将于本世纪20年代初期发射。

与此同时，NASA还将展开名为“Restore-L”的机器人计划，为目前处于近地轨道的美国政府卫星补充燃料，再次将其推入新的轨道。

不过，即使这两个项目都获得成功，它们只能暂缓更多碎片加入太空垃圾大军，对于目前已经漂浮在空中的那些碎片，最传统的做法仍是用激光把它们射下来，让其在地球大气层中燃烧掉。部分研究者相信，这种操作性更强的办法可以更精确、更快、更经济地清理太空垃圾。但有分析认为，该方法可能不利于处理长度小于10厘米的太空垃圾。