太空垃圾:宇宙空間中的各類人造廢棄物體及其衍生物-中文百科頻道

基本介紹

太空垃圾又稱空間碎片或軌道碎片，是宇宙空間中除正在工作着的航天器以外的人造物體，包括運載火箭和航天器在發射過程中産生的碎片與報廢的衛星，航天器表面材料的脫落，表面塗層老化掉下來的油漆斑塊；航天器逸漏出的固體、液體材料；火箭和航天器爆炸、碰撞過程中産生的碎片。

按照火箭科學家專業的說法叫做“軌道碎片”，不過一般人都将其稱為“太空垃圾”。别小看了這些零零碎碎的太空垃圾，據統計，與大于10厘米的太空垃圾(至少有1.6萬)碰撞或可“殺死”航天器。真的有這麼多的垃圾嗎？其實，歸根結底都是我們人類自己制造的。

産生曆史

自前蘇聯發射人類第一顆人造衛星斯普特尼克1号以來，全世界各國一共執行了超過4000次的發射任務，産生了大量的太空垃圾。雖然其中的大部分都通過落入大氣層燃燒殆盡，但是截止2012年還有超過4500噸的太空垃圾殘留在軌道上。美國于1958年發射的尖兵1号人造衛星報廢後至今仍在其軌道上運行，是軌道上現存曆史最長的太空垃圾。

陸地污染

太空垃圾不僅給航天事業帶來巨大隐患，而且還污染了宇宙空間，給人類帶來災難，尤其是核動力發動機脫落，會造成放射性污染。美國和前蘇聯在空間的核反應堆中有1噸的鈾—235及其他核分離物。

産生因素

簡單來說，就是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物。

太空垃圾的産生方式一共有以下三種：

一是有意或無意爆炸産生的航天器殘骸。有意的爆炸，極大多數來自前蘇聯和美國太空戰的“預習”。其中前蘇聯就曾進行了19次衛星攔截、爆炸試驗，給太空帶來了500～1000塊大小不等的碎塊垃圾。無意的爆炸，如1973年間，美國有7枚火箭在軌道上爆炸。1986年，歐洲發射的“阿麗亞娜”火箭剛進入軌道就發生爆炸，其碎塊中大于10厘米的就有564塊，還有2300多塊小于10厘米的。

二是宇航員漫不經心的過失。如1982年，宇航員瓦倫丁·列勃捷夫在進行例行的太空行走時，他剛剛打開“禮炮7号”空間站的減壓艙門，由于近乎真空的太空所具有的巨大吸力，把宇航員們不慎留在減壓艙内的一些螺栓、墊圈和一支鉛筆，都吸入太空，成為了太空垃圾。更令人遺憾的是，前蘇聯的一些宇航員還把在太空生活中産生的生活垃圾丢入太空。人們還發現，有一隻被一名美國宇航員丢失的手套，竟在空中飄浮遊蕩了20多年。

三是衛星和火箭的殘骸。一些失去效用的衛星，仍在軌道上飛行。雖然它們最終會因飛行速度減小，重返大氣層而與大氣層摩擦燒毀，但恐怕要在幾十年到幾百年以後。在近地空間裡，還飄浮着許多火箭的殘餘部分，如火箭被丢棄的金屬外殼、運載火箭的末級殘體、散落下來的發動機和各種銜接部件等。

NASA憂心忡忡地公布：2005年1月17日，南極上空885公裡，發生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一塊31年前發射的，美國雷神火箭推進器遺棄物，與中國發射的長征四号火箭CZ-4碎片相撞。這是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。

最早提出“太空垃圾”概念的是防空部隊的值班人員，因為監控宇宙空間的部門每天要監視5萬多個物體，太空垃圾常令他們迷惑。16年前，加拿大某氣象台宣布，發現了英仙星座附近有體爆炸。後來才弄清楚，這不過是一顆廢棄人造衛星在太陽光反射下造成的效果。另據俄報導，1987年，曾發生過因連接器擰不緊，“量子”艙無法同“和平”号對接的情況。當時，經驗豐富的地面控制中心認為，艙外肯定有物質幹擾對接，于是派一個考察組上去檢查，結果發現那裡有一個金屬殘片。

20世紀60年代以前，沒人聽說過太空墜落物，但是自1973年以來，每年有數百塊太空垃圾墜落地球。但由于其在經過大氣層與空氣産生的急劇摩擦，使得這些垃圾在未通過大氣層時就自我燃燒殆盡，在大氣層的保護下就自我毀滅了。萬幸的是，迄今沒有大型的太空垃圾墜向地球，因此也尚未傷人。

曆史事件

1961年至1963年美國西福特計劃

1984年美國反衛星導彈試驗

2007年中國反衛星導彈試驗

2008年美國燃霜行動

2009年衛星碰撞事件

2013年厄瓜多爾衛星撞擊事件

主要危害

太空垃圾對航天器運行的影響主要由航天器的在軌時間、被保護的面積、軌道高度和軌道傾角等因素決定，其中前3個因素是最主要的。

太空垃圾的飛行速度約為7.8千米/秒，如果撞擊到航天器表面，輕者會留下凹坑，重者會穿透航天器造成部分系統功能失效，甚至會産生災難性的後果。太空垃圾也能威脅在艙外活動的航天員。

極小的太空垃圾由于數量多，所以可嚴重改變航天器的表面性能；稍大的太空垃圾會損壞航天器表面材料，造成撞擊坑，損傷表面器件；大的太空垃圾與航天器碰撞時，可使航天器的姿态改變，甚至改變航天器的軌道；高速撞擊的太空垃圾會使自身及被撞擊的航天器表面材料氣化為等離子體雲，使航天器失效；當太空垃圾的能量足夠大時，将穿透航天器表面，打壞置于航天器内部的控制系統或有效載荷，使航天器發生爆炸或打散整個結構。

另外，當太空垃圾再入大氣層時，如果沒被燒毀，還會對地面的生命财産安全構成嚴重的威脅，尤其是以核能為動力的航天器隕落時後果特别嚴重。比如，在20世紀70～80年代，蘇聯核動力衛星就曾因失控墜毀在加拿大，從而産生巨大恐慌。太空垃圾太多也嚴重影響空間天文觀測，碎片撞到空間望遠鏡時，會使鏡體遭到損壞。

由于沙粒大小的太空垃圾所産生的沖擊與每小時160千米的保齡球相當，所以直徑在幾毫米以下的小的太空垃圾也能對運營中的航天器造成損壞。這種損害分為兩類，第一類是對航天器分系統表面的損害，第二類是對航天器運行的影響。比如，美國航天飛機的窗戶就曾遭受太空垃圾的撞擊。

由于很小的碎片也能給“國際空間站”造成重創，所以“國際空間站”有一套避撞程序，當這一程序監測到有太空飛行物接近空間站并有可能發生碰撞時，就會指示空間站啟動發動機改變運行位置，躲避碰撞。如果“國際空間站”來不及調整軌道，那麼為安全起見航天員就要躲進飛船。

危害事故

1983年，美國航天飛船“挑戰者号”與一塊直徑0.2毫米的塗料剝離物相撞，導緻舷窗被損，隻好停止飛行。前蘇聯的“禮炮—7”号軌道站也多次被此類“塵埃”損壞。1986年，“阿麗亞娜”号火箭進入軌道之後不久便爆炸，成為564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片，這枚火箭的殘骸使兩顆日本通信衛星“命喪黃泉”！1991年9月15日，美國發射的“發現者”号航天飛機差一點與前蘇聯的火箭殘骸相撞，當時“發現者”号與這個“不速之客”僅僅相距2.74千米，幸虧地球上的指揮系統及時發來警告信号，它才免于喪生。

美國東部時間2009年2月10日上午11時55分（北京時間2月11日晚0時55分），美國和俄羅斯的兩顆通信衛星在太空相撞并産生大量太空垃圾，這極有可能會對國際空間站構成威脅。

據計算，太空軌道上每個飛行物發生災難性碰撞事件的幾率為3.7%，發生非災難性撞擊事件的可能性為20%。以此計算，今後将每5～10年可能發生一次太空垃圾與航天器相撞事件，到2020年将達到2年一次。

躲避垃圾

2014年4月3日美國航天局宣布，為躲避一塊阿麗亞娜5型火箭的殘骸，國際空間站飛行控制人員當天調整了空間站的飛行軌道。這也是近3周内國際空間站第二次躲避太空垃圾。

美國航天局的聲明說，過去幾天，飛行控制人員一直跟蹤一塊阿麗亞娜5型火箭殘骸。結果發現，這塊太空垃圾有可能從空間站旁約300米處飛過，因此決定調整空間站的軌道。

聲明說，美國東部時間3日16時42分，空間站推進器點火3分40秒，将空間站的軌道擡升了約800米。空間站上的6名宇航員提前得到通知，沒有任何危險。

2014年3月16日，空間站也曾提升軌道，以躲避一塊俄羅斯氣象衛星的碎片。

垃圾現狀

根據NASA的統計，地球軌道上有大約4000個運行中或報廢的人造衛星和火箭殘體，此外還有大約6000個可以看到并跟蹤的太空垃圾碎片；而直徑超過一厘米的太空垃圾，更多達20萬個。這些物體大多數的運行速度，都在2萬公裡/小時以上。運行在地球軌道上的這些物體無時無刻不對衛星本身的安全、航天飛機以及國際空間站的安全構成威脅。

根據美國憂思科學家聯盟（Union of Concerned Scientists）截至2009年1月21日的統計數據，運行在地球軌道上的人造衛星為905顆，其中美國443顆、俄羅斯91顆、中國54顆，最為擁擠的地球同步軌道（高度35860公裡，赤道上空，傾角為0）上的衛星為366顆。近地軌道（700公裡到2000公裡）上有442顆。

2010年7月30日據俄新網報道，俄羅斯航天署新聞處發布消息說，中國已經成為在近地宇宙空間制造太空垃圾最多的國家。俄航天署官方網站周五發表的一篇文章指出，“根據統計，40%的太空垃圾是中國制造的。美國的太空垃圾占27.5%，俄羅斯占25.5%，其他國家占7%”。

而根據NASA負責監測太空碎片部門的官方數據，近地空間大多數的太空垃圾屬于俄羅斯和獨聯體國家(5833顆)，其中包括1402顆衛星，4431個運載火箭殘骸等“垃圾”。美國排在第二，總共制造了4824個垃圾，包括1125顆報廢衛星和3699個運載火箭殘骸等碎片。而中國制造的太空垃圾超過3388個(88顆廢衛星和3300個其它碎片)，少于俄羅斯和美國。

2011年9月1日，美國的研究報告顯示，在地球軌道上的太空垃圾數目已達到臨界點，相撞的機會大增，并威脅1000個人造衛星的安全。該報告稱，地球軌道上已有2.2萬餘件可以偵測到的太空垃圾，其中不少是發射導彈後被摧毀的衛星碎片。

截止2016年11月，大約有1億塊太空垃圾環繞地球運行，其中27000塊直徑超過10厘米，由美國宇航局和國防部進行跟蹤。每塊太空垃圾的運行速度均達到28000公裡/小時。

解決對策

保持清潔

航天專家們已經開始研究限制空間垃圾的産生，以及消除空間垃圾的辦法。如：将停止工作的衛星推進到其他軌道上去，以免同正常工作的衛星發生碰撞；用航天飛機把損壞的衛星帶回到地球，以減少空間的大件垃圾。有一些科學家提出，使用激光武器，将太空垃圾在太空中直接焚燒掉。

探測控制

大一些的太空碎片可以用監測導彈和間諜衛星的系統來進行監測。美國和前蘇聯的太空檢測網絡已經登記了1萬個太空物體。每天大約有50個雷達、光學或光電感應器要對天空進行大約15萬次觀察，但是這一監測系統卻不能探測到小于10厘米的物體。直到1984年，科學家才采取取樣調查的方法，對這些小物體進行了分析。而德國和美國的科學雷達可以探測到2毫米大小的物體。

盡管發射衛星的數量有所減少，監測技術也有所提高，但消除太空垃圾仍然是一個十分困難艱巨的課題。NASA、國防部和能源部正在研究一項計劃，在地面上用激光來去除太空中的小型垃圾。科學家提出如果人類不能積極地控制衛星的數量和消除太空垃圾，那麼人類在天空中也會像在地球上一樣缺少空間。

移動雷達

在日本本州島岡山縣一台遠程控制雷達從4月6日起開始工作，該雷達主要作用是跟蹤太空垃圾的移動。這是世界上第一台專門用來跟蹤太空垃圾移動的雷達，在其他一些國家都是借助于軍用雷達來記錄或确定太空垃圾。

新型雷達能測定直徑為1米高度達600千米物體的位置，并能同時跟蹤近十個物體。

新型雷達由幾家私人公司在日本文部科學省資助下耗資20億日元（約1800萬美元）建成，該雷達将由位于日本大阪附近茨城的航天中心進行遠距離控制。

躲避垃圾

外媒2012年9月26日報道，為躲避太空垃圾，國際空間站(ISS)的位置可能需要做出調整。

美國宇航局(NASA)26日表示，一個俄羅斯廢棄衛星的碎片和一艘印度火箭的殘骸27日将飛近國際空間站，存在撞擊空間站的可能。若有必要，國際空間站27日可能會做出移動。

據悉，國際空間站内有三名航天員駐紮。他們會借助對接在空間站上的歐洲補給宇宙飛船的動力來移動空間站。歐洲宇宙飛船本來應該已經離開，因為通訊故障，返航時間才被延誤。

太空垃圾飛行的速度很快，萬一被撞擊，國際空間站可能會受損。美國宇航局表示，不能确定俄羅斯衛星碎片的大小。

太空環境已經嚴重污染，太空垃圾主要産生者特别是美國當然要負主要治理責任，但是在治理過程中，加強國際合作，提高行為透明度至關重要，美國不僅在邁向和保持航天強國過程中産生了大量太空垃圾，而且還在進行太空武器試驗過程中，用導彈摧毀報廢衛星制造了很多太空垃圾。比如，冷戰期間，美國為确保戰争情況下在全球範圍内穩定進行無線電通訊，啟動了在太空散布數億根銅針，形成一個8公裡寬，38公裡長雲環的“西福特計劃”，這些銅針中的相當一部分最終成為了太空垃圾