揭秘:4500吨重的物体在太空有多危险

美国最著名的先锋一号卫星半个世纪以来一直处于太空残骸状态。地球轨道上有1亿颗微型碎片，相当于1亿颗随时待命的隐形子弹。

文字| 《财经》 记者 李皙寅

编辑|石志良

在《机器人总动员》中，瓦力和伊娃乘坐宇宙飞船从地球上空出来时，必须挖掘厚厚的太空碎片。这样的场景离我们并不遥远。

8月24日，国际空间站俄罗斯分部的“红星号”服务舱于莫斯科时间18时00分推动国际空间站变轨，以防止国际空间站与空间碎片相撞。

无独有偶，本月早些时候，当一艘执行捕获任务的航天器试图接近这些碎片并将其扔到空中燃烧时，该太空碎片却被另一个原本瞄准的物体击中。垃圾“杀死”垃圾，这是一个黑色笑话。

太空垃圾，又称太空垃圾、太空碎片，是指人类在太空中遗留在轨道上的所有物体。它们的范围从卫星破碎碎片到废弃的航天器，例如火箭级和废弃的卫星；小到从飞机上掉落的涂层、从飞机上喷射的液体凝固形成的颗粒，以及固体火箭发动机的未燃烧物。

《机器人总动员》 来源：网络

据统计，地球轨道上约有1亿个粒子。这些太空垃圾就像一亿颗隐形子弹蓄势待发。

当太空辐射量积累起来，就会阻碍人类探索太空的能力。太空碎片从哪里来？真的很危险吗？如何清洁呢？

空间碎片是主要的碰撞危险。空间碎片与卫星的碰撞会对卫星造成各种类型的损害，并可能导致卫星丧失功能。国内高端卫星制造商麦罗纳星科技有限公司科研质量部部长张友生告诉《财经》，对于卫星的所有者来说，这是一个巨大的损失。如果它与空间站这样的载人航天器相撞，也会对宇航员的生命造成严重威胁。此外，空间碎片还会对导航系统、通信网络等基础设施造成损害，影响太空的开发和利用。

太空碎片从哪里来？

自1957年10月第一颗人造卫星进入天空以来，人造空间碎片也不断产生。

这包括拆除和退役的卫星、用过的火箭及其零件。还有多级火箭解体时产生的碎片、较大碎片碰撞后产生的小碎片，甚至还有飞行员在太空作业时丢失的手套和设备等物品。

图像/IC

有公开报道称，仍有超过4500吨的碎片留在地球轨道上。其中最著名的是已报废的美国先锋一号卫星，该卫星于1958年发射升空，成为太空中最长的航天器。理论上，当卫星达到其使用寿命时，它会通过改变轨道并在大气层中燃烧而自我毁灭。但仍然存在卫星无法控制、高空卫星因动能较大而难以如期减速坠落的情况。

在那之前，会出现不可预见的情况。例如，20世纪60年代，美国实施了福特西计划，将4.3亿根微小铜针送入轨道，充当天线，以提高与外国海军的通信能力。

当时，美国一位重要官员公开宣布，这些长1.78厘米、直径约20微米的铜针将在三年内逐步淘汰。事实上，铁轨上还残留着一些铜针。

存储过程中意外丢失的物品在太空中徘徊。其中包括扳手、钳子、全套工具、手套、牙刷和至少两台相机。他们可能漂浮在太空中。

20世纪60年代和1970年代，美国和苏联卷入星球大战时，反卫星武器实验也产生了大量的太空碎片。

1985年，美国国会意识到反卫星试验的潜在危险，准备颁布禁令。美军闻讯后，迅速开始测试反卫星武器，并在禁令实施前摧毁了近地轨道上一颗报废的太阳观测卫星。据说2004年最后一块碎片落入大气层并被烧毁。

不幸的是，这样的案例仍然存在。 2021 年 11 月，俄罗斯还使用导弹摧毁了一颗废弃的军事间谍卫星。它产生了数千个可裂变燃料碎片，可能还有数十万个较小的碎片。

第一次有记录的卫星碰撞发生在 1991 年。退役的俄罗斯卫星 Cosmos 1934 被其姊妹卫星 Cosmos 926 的碎片摧毁——这是一次“无声”碰撞的版本。更猛烈的事件发生在2009年，当时美国通信卫星铱33号与俄罗斯宇宙2251号卫星相撞，一年内发现了多达1740块碎片，这是人造卫星相撞的第一次。碰撞速度达到11.7公里/秒。

这次与卫星的碰撞之后，空间碎片的数量也达到了“峰值”。 《空间碎片减缓指南》立即强调了联合国外交委员会通过的几条实际规则：进入轨道的航天器在完成任务后不能在LEO（近地轨道）长时间停留，必须避免受伤。当它脱离轨道并落入大气层时。人们;而如果航天器接近GEO（地球同步轨道），避免未来爆炸影响的方法是在退役后将其推向更高的“墓地轨道”。高速冷枪很难找

太空碎片移动速度非常快，每一个小碎片都像从外部射出的子弹一样，威胁着太空设备的安全和宇航员的生命。

一般来说，空间碎片在高度300-450公里的近地轨道上的最高速度为每秒7-8公里，在高度为360的地球静止轨道上的速度为每秒3公里00 公里。

根据其轨道倾角的不同，其碰撞时的速度可达每秒10公里以上，因此具有巨大的破坏力。

据计算，直径10厘米的空间粒子就可以完全摧毁航天器，直径几毫米的粒子就可以阻止其继续工作。

更可怕的是太空碎片的数量如此之小且难以看见。有数据显示，已记录到27000个直径超过10厘米的太空粒子；约 500,000 个 1 至 10 厘米的碎片； 1mm-1cm之间超过1亿片。 10cm是一个截止值。对于大于此的空间碎片，进行合并和碰撞评估是有效的。

无法追踪的“小废物”会带来更大的风险。 20世纪60年代，科学家发明了“光气枪”——一种提高轨道速度的装置。当一枚重量仅7克、由聚碳酸酯制成的弹丸以每秒7公里的速度与铝块相撞时，弹坑立即“爆炸”出其宽度五倍、大小五倍的弹坑。

由于不可避免的太空碎片，国际空间站被惠普尔护盾覆盖——这是一种由天文学家 Fred Lawrence Whipple 在 20 世纪 40 年代发明的航天器超快速撞击保护系统。

图像/IC

太空垃圾不仅是潜伏在角落里发射冷枪的杀手，它还能阻碍地球人飞向太空的尝试。

1978年，美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒提出，太空中垃圾过多，会发生碰撞并产生更多碎片。这些碎片会再次碰撞，引发第二次碰撞。就像原子裂变反应一样，有很多碎片在生长。如此一来，碎片的潜在影响就越来越大，时间也越来越短，形成恶性循环，直至所有航天器全部被摧毁。

根据凯斯勒的假设，随着低轨卫星数量的不断增加，到了某个时刻就会达到一个阈值，级联是不可避免的。

如何处理垃圾空间？

总的来说，人类主要依靠三种方法来处理天空中的废物。

俗话说，得罪不了，就能躲。2015年，国家航天局空间污染控制执法中心在紫金山天文台成立。它依靠全国各地的观测站和现有数据来追踪太空中的近2万块空间碎片。使用雷达和望远镜观察、预测碰撞过程，并采取措施预防碰撞。

此外，全球太空监视网络（SSN）、俄罗斯太空监视系统（SSS）和日本星际太空警卫中心（BSGC）都对太空中的碎片进行实时监测和跟踪。

根本的解决办法就是从源头上降低成本，想办法把航天器移走，送回大气层销毁。

具体方法有两种。一是在航天器寿命结束时利用自身能量减速，离开轨道，慢慢落回大气层。二是利用膜帆、充气球等外力降低飞行航迹。

除了静静等待，你也可以采取行动。

2016年6月25日，中国将主动式碎片清除飞行器“傲龙一号”送入太空。它配备了机械臂来模仿捕获废弃卫星和太空碎片并将其携带到空中进行销毁。

奥龙一 来源：网络

这是非常有争议的。保守派认为，如果发射卫星来清理垃圾，结果会是更多垃圾。

中国针对卫星发射可能产生的空间碎片问题制定了相关规定。 2021年5月7日，国防科工局发布《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》，其中第七条、第八条明确指出，微小卫星应当具备避碰和轨道控制能力，并应当具备必要的便利能力。脱轨。

当前的卫星设计要求具有主动脱轨能力。张友生介绍，卫星寿命末期，离轨设备一般包括离轨帆、推进系统等，用于主动离轨。当达到一定程度后，短时间内就会崩溃并燃烧。

同时，卫星必须具备主动避轨的能力。如果风险较大，卫星需要根据其轨道控制能力采取预防措施。这种能力的要求将不断提高，保证卫星在轨对准是行业发展的重要技术方向。

编辑|肖振宇

图片标题 |视觉中国

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