"阿麗亞娜"殘骸，曾導致日法衛星命喪黃泉

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美國和俄羅斯的兩顆通信衛星在太空相撞，產生了大量太空垃圾，可能會對國際空間站造成威脅。





2月11日，在距地球約800千米高度的太空軌道上，美國商用通信衛星「銥－33」與俄羅斯廢棄的軍用衛星「宇宙－2251」相撞，這是人類航天史上首次發生的在軌衛星相撞事件。


兩顆衛星相撞爆炸產生了大量的空間碎片。極有可能對其它在軌衛星造成危險。從而使早已存在的太空垃圾威脅航天器安全問題，再次成為人們關注的焦點。

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太空垃圾地球造

   自1957年10月前蘇聯發射第一顆人造衛星算起，全球共進行了5700多次發射，先後將數萬噸人造物體送入太空，人類在享受利用太空所帶來的種種便利的同時，也將地球的近地空間變成一個巨大的垃圾場，從廢棄的運載火箭部件、衛星的碎片到宇航員遺失的工具等，應有盡有，其總重量估計已經超過了3000噸，而且目前正以每年2%~5%的速度增加。




    太空垃圾最大來源是滯留在軌道上的火箭殘骸，這類殘骸占太空垃圾總數的99%以上。在把衛星送入軌道的過程中，運載火箭的箭體會分級脫離，第一、二級會在地球重力的作用下很快返回地面，而第三級在把航天器送入預定軌道後，則可能與分離時產生的諸如爆破螺栓、彈射彈簧等小物品一起長久地漂浮在太空。

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火箭箭體的殘骸形體較大，監測相對容易，因而可以防患於未然。


但問題在於，它們自身也有可能在太空中相撞、爆裂或解體，生產出上百萬的碎片「後代」，造成更大麻煩。因此，人類對它們的監測一刻也沒有放鬆。據統計，從2001年6起，研究人員已經觀測到500多次的相撞、爆裂事件。




在歷史上的太空相撞事件中，「犯罪記錄」最突出的是「阿麗亞娜」火箭殘骸。1986年，「阿麗亞娜」火箭進入軌道之後不久便發生爆炸，釋放出564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片。後來這些殘骸和小碎片在繞地球軌道飛行的過程中，先後導致兩顆日本通信衛星和一顆法國衛星「命喪黃泉」。





    廢棄的航天器也是太空垃圾的重要來源之一。


人類已將大約6000餘顆航天器送入太空，而目前仍正常工作的只有800餘顆。雖然大部分航天器會在大氣阻力的作用下，墜入大氣層而燒燬。然而，軌道較高的航天器在達到工作壽命後，便失去控制，在太空中漫無目的四處遊蕩，此次衛星相撞的主要原因就是由俄羅斯廢棄長達10多年的衛星造成的。


這些廢棄的航天器還可能因相撞、結構老化、燃料箱破裂等原因而發生爆炸、解體，從而產生更多的碎片。航天器產生太空垃圾也可能是人為採取的行動造成的，例如美國和蘇聯在20世紀70、80年代進行了10多次太空武器實驗，摧毀了數十顆靶星，產生了大量的太空垃圾。

    此外，宇航員在太空工作時，也會拋棄或不小心丟失一些東西而產生太空垃圾。1965年，「雙子星座4號」飛船的宇航員埃德·懷特進行太空行走時，就丟失了一隻手套。目前，宇航員已被禁止在太空中拋棄固體物品。

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高速運行威脅多


    越來越多的太空垃圾混雜在近地空間軌道上，這些最高速度可達每秒近8千米飛行的物體，成為威脅航天器安全的最大殺手。


為了研究方便，科學家一般把太空垃圾按直徑分為3類：10厘米以上的、1到10厘米之間的以及0.1到1厘米之間的。


在地球近軌道上直徑大於10厘米及高空（離地球超過2000千米）軌道上直徑大於1米的太空垃圾一般可以通過儀器監測到，可以採取一定的措施進行預防。直徑介於1到10厘米之間的垃圾，儀器跟蹤不到，它們完全像可能隨時出現的「幽靈」，如果航天器碰巧與它相撞，結果將是「災難性」的。


而直徑小於1厘米的太空垃圾則被歸到「危險」等級，小一點可造成航天器表面坑坑窪窪、傷痕纍纍，嚴重的可造成內部敏感元件的感應放電，大一點可引起航天器的結構性損壞，損壞的程度與碰撞的位置、系統設計的特性以及所採用的保護措施等有一定的關係。據有關數據測算，目前太空軌道上每個航天器發生災難性的碰撞事件的概率為3.7%，而發生非災難性撞擊事件的可能性高達20%。

    為了研究太空垃圾的破壞性，美國宇航局曾發射並回收了一種名為「長期暴露器件」的衛星，見證了與高速（速度大於每秒3千米）運行的太空垃圾碰撞的慘烈場面，在這顆衛星僅151平方米的表面，覆蓋著大大小小肉眼可見的3萬多個凹坑，其中直徑超過0.5毫米的達5000多個。

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徹底消除難度大

   由於存在大氣阻力，太空垃圾大多都會在軌道上運行一段時間後返回地球，並在大氣裡燃燒。但大氣密度隨著高度增加而呈指數降低，在距地球1000千米以上，大氣阻力就幾乎無能為力了，太空垃圾可以在這裡存在上百年，甚至上萬年。


    太空垃圾不能自然返回或自行銷毀，怎樣才能減少它們的威脅呢？在《歐洲太空垃圾安全和減緩標準》中提出兩種方法：一種是改進航天器的系統設計；另一種是減少航天器發生碰撞的概率。



    第一種方法聽起來不錯，可在實際操作上不太可行。從長遠來看，這需要更好的太空監測和防護系統，然而隨著軌道中的航天器增多，像「穿防彈衣」等防護措施必將使航天器重量增加，結構變得複雜，從而使其成本大大提高。

    第二種方法或許比較好。比如根據監測系統對太空垃圾的跟蹤，可以通過航天器的機動來規避與太空垃圾的碰撞的概率。1999年10月，為了避開一塊太空垃圾的碰撞，美國宇航局地面飛行控制人員設法將正在組建中的國際空間站軌道提升了約1.6千米。

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然而，消除太空垃圾的根治之法是清掃已經存在的太空垃圾。目前，已有多個國家正在研究清掃技術。如英國薩裡衛星技術公司曾宣稱，研製一種微型衛星，重量僅為60多公斤，星上攜帶微型GPS導航系統、計算機、推進裝置、角度控制裝置等。


其工作原理是，利用地面的監測系統對太空垃圾進行連續跟蹤，衛星靠近太空垃圾後，利用星載攝像機向其靠近，最終利用機械臂把太空垃圾「抓住」，當達到一定數量時放慢速度，與太空垃圾一同墜入地球大氣層燒燬。




    減少太空垃圾的產生是另一種有效的預防措施。目前各國在研製新一代運載火箭與航天器時，也開始考慮到了這一問題。如對已完成任務的火箭，採取未燃盡推進劑或將高壓氣體排空，避免末級火箭爆炸，或通過剩餘的燃料採取轉移軌道措施，使其返回大氣層燒燬；對已達到預定壽命的衛星，讓其獲得逃逸速度，轉移遠離近地空間或對人類航天活動無影響的「無用軌道」等。

    恩格斯曾經說過：「我們不要過分陶醉於我們人類對自然界的勝利。對於每一次這樣的勝利，自然界都對我們進行報復。」


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人類經過數千年的努力才實現了進入太空的夢想，卻又要被自己所製造的太空垃圾所包圍，如果我們不重視太空垃圾問題，對太空的利用將永遠成為人類一個遙不可及的夢想。