太空垃圾:我們如何汙染太空

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太空垃圾:我們如何汙染太空

自1950年代太空探索時代開始以來,我們一直在用火箭、衛星和垃圾填滿太空。總有一天,我們將不得不面對後果。這些後果是什麽,我們可以停止汙染空間嗎?讓我們來了解一下。

內容

太空垃圾是什麽?

太空垃圾是人類在太空中留下的廢棄物體,例如失效的衛星碎片。以下是在太空中發現的一些物體示例:

  • 火箭級;
  • 螺釘和螺栓;
  • 從宇宙飛船上掉下來的油漆碎片;
  • 手套;
  • 毯子;
  • 牙刷;
  • 鉗子;
  • 工具包。

太空垃圾主要是指地球軌道上的物體,但人類設法將垃圾扔到任何地方,包括月球

太空有多少垃圾?

截至2022年8 月,歐空局報告了大約31,870個由太空監視網絡定期跟蹤的碎片物體。但並不是所有的太空碎片都被跟蹤和編目。我們的監視系統只能在近地軌道上觀察直徑大于10厘米,在地球靜止軌道上直徑大于1米的太空碎片。根據統計模型,大約有1.31 億件未被追蹤的碎片,其中大部分是1毫米到1厘米的尺寸。

太空垃圾增長速度

在過去的幾十年中,編目的在軌物體數量一直呈相對線性增長。以下是根據IAA關于空間碎片的情況報告的地球軌道上被跟蹤碎片的大致數量。

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

太空垃圾從哪裏來的?

太空垃圾是人類向太空發射火箭和衛星的結果。火箭發射會在地球軌道上留下助推器、整流罩、級間結構和其他物體。衛星的壽命有限,最終會停止運行,變成漂浮在太空中的金屬快。宇航員在修理航天器時會在太空中丟失一些東西,比如他們的工具。

一些空間碎片是由衛星碰撞造成的。當衛星相撞時,它們會分解成數千塊,産生大量新的碎片。此外,美國、中國和印度等一些國家使用反衛星武器炸毀衛星,制造出數千塊新碎片。

為什麽太空垃圾會成為問題提?

目前太空碎片的最大威脅是對運行中的衛星、航天器和國際空間站的潛在損害。同時,對于它未來可能對太空探索造成的威脅,有不同的預測。

太空垃圾的數量主要增長在近地軌道。人類不斷增加那裏的衛星數量,這導致碰撞的可能性更高。為了避免碰撞,衛星必須避開太空碎片。每年,所有衛星(包括國際空間站)都會執行數百次防撞機動。

一些消息來源聲稱,不斷增長的碎片將使任何軌道運行變得更加昂貴和麻煩。衛星將不得不執行更多的回避機動,這將使它們更難操作。它們還將需要額外的燃料來進行這些機動,並可能需要“盾牌”來保護關鍵部分。

其他研究人員認為空間碎片在2055年之後將成為一個嚴重的問題,使得進一步的太空探索幾乎不可能。他們說,低地球軌道上的碎片水平如此之高,以至于旨在減少它的措施是無用的。

凱斯勒現象是什麽?

凱斯勒現象(Kessler Syndrome)的意思就是在近地軌道的運轉的物體的密度達到一定程度時,將讓這些物體在碰撞後産生的碎片能夠形成更多的新撞擊。這將形成級聯效應,意味著近地軌道將被危險的太空垃圾所覆蓋。你可以在電影《地心引力》中看到這個理論的一些表現。凱斯勒現象是以美國宇航局科學家唐納德·凱斯勒(Donald Kessler)的名字命名的,他在1978年提出了這個概念。

太空垃圾造成的事故是什麽?

現在我們知道了理論基礎,讓我們看看涉及太空垃圾的事故。

太空垃圾撞擊國際空間站事件

自1999年以來,國際空間站已經改變航向超過25次以避免太空碎片。然而,一些碎片仍然與國際空間站發生碰撞。到2019年,有超過1,400顆流星體和軌道碎片記錄在國際空間站撞擊。它們損壞了幾個國際空間站部分,包括太陽能電池板、美國和俄羅斯的窗戶、散熱器等。

太空垃圾撞擊月球事件

2022年,一塊太空垃圾首次撞擊月球表面。2014年發射的中國火箭的上級于2022年3月4日撞擊月球。沒有人看到了撞擊,但根據計算機模擬,火箭的碎片降落在赫茨普龍環形山(Hertzsprung crater)附近的某個地方,應該已經離開了 一個直徑約20米的隕石坑。

太空垃圾撞擊地球事件

盡管大部分太空垃圾在大氣層中燃燒殆盡,但太空碎片已經多次撞擊地球表面。然而,它們並沒有造成任何重大損害。以下是一些事故:

  • 最早記錄的事件之一發生在1962年9月5 日,當時一塊“史普尼克5號”墜毀在威斯康星州馬尼托瓦克。這塊碎片的尺寸為0.15米,質量為9.5公斤。
  • 第一個由太空垃圾受傷的人是吳傑,一個6歲的中國男孩,這件事發生在2002年。“資源二號B”發射後,10公斤的鋁片撞到了男孩正在玩耍的一棵樹上。吳傑腳趾骨折,額頭腫脹。
  • 2022年7月31日,“長征五號B”的一部分在印度尼西亞和馬來西亞上空失控再入。許多人目睹了這一事件,但沒有人受傷。

如何減少太空垃圾?

通常情況下,太空垃圾會繞著地球轉,直到它進入大氣層並在那裏燃燒。根據物體的高度,這需要幾年到幾千年。600公裏以下的物體會在幾年後進入大氣層。海拔800公裏的碎片會繼續環繞地球幾個世紀。在1000公裏以上,物體將繼續圍繞我們的星球運行數千年。

但我們不能只是停止向太空發射物體來清理它。地球軌道上已經布滿了無數的物體,即使沒有新的發射,它們的數量也會通過相互碰撞而增長。據計算,10到20厘米大小的碎片會增加3.2倍。

因此,顯然,我們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將使用過的衛星從軌道上移走,並將它們拖回大氣層,在那裏它們將燃燒殆盡。這些項目包括魚叉、網、磁鐵,甚至激光

第一次此類任務計劃于2025年進行。在這次任務中,歐空局將發射一個四臂機器人來清除一塊名為Vespa的太空碎片。根據計劃,機器人將抓住Vespa並將其拖入大氣層,然後它們都會在大氣層中燃燒。該任務將耗資1.2億歐元。

另一種更現實且成本更低的方法是一旦物體不再有用就不要將它們留在軌道上機構間空間碎片協調委員會(IADC)為此制定了國際指導方針。

太空垃圾地圖

您可以自己跟蹤一些太空垃圾。比如您可以使用顯示地球軌道衛星(包括碎片和不活動衛星)的3D模型的太空垃圾地圖。或者您可以下載Satellite Tracker應用,它可以讓您跟蹤一些空間碎片。請在“太空碎片”部分中點擊屏幕右上角的衛星圖標來找到它們。大多數碎片的名稱末尾都寫“DEB”(來自英文單詞“debris”,就是碎片)。

總結:太空垃圾是留在太空中的人造廢棄物體。它們包括各種各樣的物體,從死衛星到牙刷。如果人類繼續弄得地球軌道滿是垃圾,在最壞的情況下,太空探索將變得不可能。與空間相關的公司正在努力解決這個問題。

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