太空垃圾:我们如何污染太空

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太空垃圾:我们如何污染太空

自1950年代太空探索时代开始以来,我们一直在用火箭、卫星和垃圾填满太空。总有一天,我们将不得不面对后果。这些后果是什么,我们可以停止污染空间吗?让我们来了解一下。

内容

太空垃圾是什么?

太空垃圾是人类在太空中留下的废弃物体,例如失效的卫星碎片。以下是在太空中发现的一些物体示例:

  • 火箭级;
  • 螺钉和螺栓;
  • 从宇宙飞船上掉下来的油漆碎片;
  • 手套;
  • 毯子;
  • 牙刷;
  • 钳子;
  • 工具包。

太空垃圾主要是指地球轨道上的物体,但人类设法将垃圾扔到任何地方,包括月球

太空有多少垃圾?

截至2022年8 月,欧空局报告了大约31,870个由太空监视网络定期跟踪的碎片物体。但并不是所有的太空碎片都被跟踪和编目。我们的监视系统只能在近地轨道上观察直径大于10厘米,在地球静止轨道上直径大于1米的太空碎片。根据统计模型,大约有1.31 亿件未被追踪的碎片,其中大部分是1毫米到1厘米的尺寸。

太空垃圾增长速度

在过去的几十年中,编目的在轨物体数量一直呈相对线性增长。以下是根据IAA关于空间碎片的情况报告的地球轨道上被跟踪碎片的大致数量。

  • 1993年:7,700物体
  • 2001年:8,700物体
  • 2005年:10,300物体
  • 2013年:16,600物体
  • 2016年:17,700物体
  • 2022年:31,870物体

太空垃圾从哪里来的?

太空垃圾是人类向太空发射火箭和卫星的结果。火箭发射会在地球轨道上留下助推器、整流罩、级间结构和其他物体。卫星的寿命有限,最终会停止运行,变成漂浮在太空中的金属快。宇航员在修理航天器时会在太空中丢失一些东西,比如他们的工具。

一些空间碎片是由卫星碰撞造成的。当卫星相撞时,它们会分解成数千块,产生大量新的碎片。此外,美国、中国和印度等一些国家使用反卫星武器炸毁卫星,制造出数千块新碎片。

为什么太空垃圾会成为问题提?

目前太空碎片的最大威胁是对运行中的卫星、航天器和国际空间站的潜在损害。同时,对于它未来可能对太空探索造成的威胁,有不同的预测。

太空垃圾的数量主要增长在近地轨道。人类不断增加那里的卫星数量,这导致碰撞的可能性更高。为了避免碰撞,卫星必须避开太空碎片。每年,所有卫星(包括国际空间站)都会执行数百次防撞机动。

一些消息来源声称,不断增长的碎片将使任何轨道运行变得更加昂贵和麻烦。卫星将不得不执行更多的回避机动,这将使它们更难操作。它们还将需要额外的燃料来进行这些机动,并可能需要“盾牌”来保护关键部分。

其他研究人员认为空间碎片在2055年之后将成为一个严重的问题,使得进一步的太空探索几乎不可能。他们说,低地球轨道上的碎片水平如此之高,以至于旨在减少它的措施是无用的。

凯斯勒现象是什么?

凯斯勒现象(Kessler Syndrome)的意思就是在近地轨道的运转的物体的密度达到一定程度时,将让这些物体在碰撞后产生的碎片能够形成更多的新撞击。这将形成级联效应,意味着近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖。你可以在电影《地心引力》中看到这个理论的一些表现。凯斯勒现象是以美国宇航局科学家唐纳德·凯斯勒(Donald Kessler)的名字命名的,他在1978年提出了这个概念。

太空垃圾造成的事故是什么?

现在我们知道了理论基础,让我们看看涉及太空垃圾的事故。

太空垃圾撞击国际空间站事件

自1999年以来,国际空间站已经改变航向超过25次以避免太空碎片。然而,一些碎片仍然与国际空间站发生碰撞。到2019年,有超过1,400颗流星体和轨道碎片记录在国际空间站撞击。它们损坏了几个国际空间站部分,包括太阳能电池板、美国和俄罗斯的窗户、散热器等。

太空垃圾撞击月球事件

2022年,一块太空垃圾首次撞击月球表面。2014年发射的中国火箭的上级于2022年3月4日撞击月球。没有人看到了撞击,但根据计算机模拟,火箭的碎片降落在赫茨普龙环形山(Hertzsprung crater)附近的某个地方,应该已经离开了 一个直径约20米的陨石坑。

太空垃圾撞击地球事件

尽管大部分太空垃圾在大气层中燃烧殆尽,但太空碎片已经多次撞击地球表面。然而,它们并没有造成任何重大损害。以下是一些事故:

  • 最早记录的事件之一发生在1962年9月5 日,当时一块“史普尼克5号”坠毁在威斯康星州马尼托瓦克。这块碎片的尺寸为0.15米,质量为9.5公斤。
  • 第一个由太空垃圾受伤的人是吴杰,一个6岁的中国男孩,这件事发生在2002年。“资源二号B”发射后,10公斤的铝片撞到了男孩正在玩耍的一棵树上。吴杰脚趾骨折,额头肿胀。
  • 2022年7月31日,“长征五号B”的一部分在印度尼西亚和马来西亚上空失控再入。许多人目睹了这一事件,但没有人受伤。

如何减少太空垃圾?

通常情况下,太空垃圾会绕着地球转,直到它进入大气层并在那里燃烧。根据物体的高度,这需要几年到几千年。600公里以下的物体会在几年后进入大气层。海拔800公里的碎片会继续环绕地球几个世纪。在1000公里以上,物体将继续围绕我们的星球运行数千年。

但我们不能只是停止向太空发射物体来清理它。地球轨道上已经布满了无数的物体,即使没有新的发射,它们的数量也会通过相互碰撞而增长。据计算,10到20厘米大小的碎片会增加3.2倍。

因此,显然,我们不能等到所有太空碎片消失。目前,世界各地的公司都在努力将使用过的卫星从轨道上移走,并将它们拖回大气层,在那里它们将燃烧殆尽。这些项目包括鱼叉、网、磁铁,甚至激光

第一次此类任务计划于2025年进行。在这次任务中,欧空局将发射一个四臂机器人来清除一块名为Vespa的太空碎片。根据计划,机器人将抓住Vespa并将其拖入大气层,然后它们都会在大气层中燃烧。该任务将耗资1.2亿欧元。

另一种更现实且成本更低的方法是一旦物体不再有用就不要将它们留在轨道上机构间空间碎片协调委员会(IADC)为此制定了国际指导方针。

太空垃圾地图

您可以自己跟踪一些太空垃圾。比如您可以使用显示地球轨道卫星(包括碎片和不活动卫星)的3D模型的太空垃圾地图。或者您可以下载Satellite Tracker应用,它可以让您跟踪一些空间碎片。请在“太空碎片”部分中点击屏幕右上角的卫星图标来找到它们。大多数碎片的名称末尾都写“DEB”(来自英文单词“debris”,就是碎片)。

总结:太空垃圾是留在太空中的人造废弃物体。它们包括各种各样的物体,从死卫星到牙刷。如果人类继续弄得地球轨道满是垃圾,在最坏的情况下,太空探索将变得不可能。与空间相关的公司正在努力解决这个问题。

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