未来太空垃圾将会更频繁地坠落地球

“天上不会掉馅饼”，但可能会掉下卫星碎片，还有可能会砸中你。最近，关于失控航天器袭击地球的两则新闻再次引发了公众对于太空垃圾的关注。

北京时间9月24日中午12时，美国已经报废的“高层大气研究卫星”(UARS)失控返回地球，上演了“卫星撞地球”的惊险一幕。失控报废卫星的未烧毁碎片24日返回大气层，坠落在在南半球的广袤海洋。随后，美国宇航局确认这些碎片共有26块。

一波未平一波又起，德国一座重约3吨的太空望远镜失去控制，正高速冲向地球。德国宇航中心称，“落到地球上的碎片可能包括锋利的零件。”

英国南安普顿大学空间碎片专家休·刘易斯日前介绍说，近两年中可能出现报废卫星“扎堆回家”的高潮。这些重返地球怀抱的“孩子们”，让地球人很头疼。专家警告说，未来来自太空的人造碎片将会更频繁地坠落地球，太空垃圾“肇事”可能成为家常便饭。

太空垃圾数量已达临界点

在广袤的太空，地球外围已经形成了几重碎屑层，将地球包裹着。

欧洲航天局(ESA)近期公布了近地轨道区域的太空垃圾合成图片。从图中可以看到，地球宛如被蜂群围得密不透风的蜂巢。这张图上的太空垃圾是从1957年10月4日到2008年1月1日期间，世界各国发射的大约4600枚火箭所携带的6000颗卫星产生的。

“2000千米以下的近地轨道、2万千米高度的中轨道和3.6万千米高度的地球同步轨道是空间碎片的密集区域。”中国空间技术研究院副院长、空间碎片行动计划首席专家李明介绍。

根据NASA官网的统计，目前有2万多块直径在10厘米或更大的碎片正环绕地球。它们的速度达到每小时17500英里，这足以使碎片撞毁一颗人造卫星或者一艘宇宙飞船。

2011年上半年，NASA的科学家就警告说太空垃圾的“临界引爆点”正在来临。NASA警告称，即使不再发射航天器，到2055年，由碰撞所产生的新碎片数量也将超过落回地球和燃烧掉的碎片总数。

今年的9月1日美国全国研究委员会也公布报告称，地球上空的太空垃圾数量“抵达临界点，已经到了会不停撞来撞去的地步，结果又制造更多的垃圾，推高宇宙飞船任务失败的风险”。

报告称，美国战略司令部下属的空间监视网2006年监测到9949个轨道碎片，2011年，这一数字已上升到16094个。这些轨道碎片的直径均大于10厘米。

想象一下，沿着空间站和数百颗卫星轨迹旅行的是高速运转的16000多块碎片，其中的任何一个都可能对处于轨道上的人类和航天器构成威胁。这无异于是太空探索的噩梦。

多国加强监视“超速太空幽灵”

这些一刻不停在高速奔跑的垃圾，塞满了地球轨道，让人类的探索太空之旅变得越来险象环生。美国航天局轨道碎片项目办公室前主任唐纳德·凯斯勒表示：“当前的太空环境对航天器和宇航员越来越危险。”

太空垃圾既包括已“寿终正寝”的各类卫星、被遗弃的运载火箭推进器残骸等，也有航天器意外爆炸或者碰撞形成的碎片。自50多年前前苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来，全世界各国一共执行了超过6000次发射任务，产生了大量的太空垃圾。这些垃圾却极难处理。除了部分坠入大气层烧毁外，还有大部分垃圾留在近地轨道和同步轨道高速飘荡，成为随时可能引发事故的太空幽灵。

目前在轨时间最长的太空垃圾是美国在1958年发射的一颗命名为先锋的卫星，成为了太空垃圾的“元老”。空间碎片如枪林弹雨。在近地轨道与地球同步轨道上，无数碎片像霰弹一样射向正在服役的航天器，防不胜防，几毫米大小就能损坏航天器外壳；直径1厘米的碎片碰撞卫星时释放的能量相当于一颗手榴弹爆炸；几厘米、十几厘米直径的碎片就可以改变航天器的运行轨道。

太空碎片不仅威胁航天员的安全撞毁宇宙飞船，还会影响对太空的观察。太空碎片撞到太空望远镜，将使镜体遭到损坏。著名的“哈勃”望远镜就是在这些小碎片的袭击下伤痕累累，外表遍布凹坑和划痕，还有数百个深洞。

NASA将碰撞风险根据大小的威胁分为三大类。对于10厘米以及更大的碎片，监控系统可以跟踪它们，联合评估和避碰演习能够有效减少碰撞，NASA将这类太空碎片精确记录在案。

“太小的碎片则难以跟踪观测，而太大的碎片则难以避开。”NASA一篇分析文章指出。研究太空垃圾的美国国家航空和宇宙航行局首席科学家为尼古拉斯·约翰逊表示：“最大的风险来自小到不可跟踪的碎片。”

为使正在服役的航天器免于被袭击，美国、俄罗斯、欧洲、中国、日本等空间监视网都加强了监视它们的行踪。

我国空间碎片监测系统待建

中国空间技术研究院副院长、空间碎片行动计划首席专家李明透露，我国自2000年起启动了“空间碎片行动计划”，目前国内已确定了以数据库为载体的“空间碎片探测预警工程”、以防护设计专家系统为载体的“空间碎片防护工程”和以空间碎片减缓设计标准为载体的“空间环境保护工程”的三大主题工程。

李明表示，目前，中国空间碎片撞击风险评估研究已处于国际先进水平，自主开发的空间碎片防护设计系统不仅具有风险评估的功能，而且在防护结构优化方面居于领先，并逐渐拓展至布局优化领域，已用于中国载人航天器防护结构设计。

“在相关研究的基础上，中国建立了空间碎片监测网，形成了对空间碎片的常规预警机制。”李明介绍，2007年10月，空间碎片监测网成功为嫦娥一号安全飞行提供了空间碎片碰撞预警服务，累计跟踪观测了1551个碎片；2008年3月，成功为神舟七号安全飞行提供了空间碎片碰撞预警服务，完成了相关碎片筛选、监测与轨道测定。

李明介绍，我国还对鑫诺二号卫星和寿命末期的风云二号B、风云二号A卫星进行了离轨处置，开创了中国地球静止轨道卫星任务后离轨处置操作的先河，得到国际“机构间空间碎片协调委员会”各成员国的高度评价。

但目前，我国研究，主要参考的是北美防空司令部(NORAD)定期公布的两行轨道(TLE)数据。为此，国家天文台空间碎片研究和应用中心在一篇报告中提出，“为摆脱依赖国外轨道数据的窘境，还是应该抓紧建立自己的空间碎片监测系统。”

各国采取行动清扫太空垃圾

随着报废卫星数量的逐渐增多，轨道碎片数量以每年2%的速度递增。太空适合航天器安全工作的空间越来越有限，这么下去，到2300年，地球将被严密包围，任何东西都别想进入太空轨道了。怎样对付这些游荡在太空的幽灵？各国科研人员可谓使尽了浑身解数。

机构间空间碎片协调小组制定了《空间碎片减缓指南》，指出了减少空间碎片的三种方法：对航天器和火箭采取钝化措施，减缓碎片的产生；设立“垃圾轨道”，腾出有价值的轨道空间，减少空间碎片对航天器的危害。清除碎片是减少空间碎片的根本方法，但经济上难以实施。

欧洲空间局委托德国不伦瑞克技术大学开发了一种模拟程序，用统计学的分析给出了碎片可能碰撞的速度、大小和方向。当不可避免的轨道碎片与防护屏发生碰撞时，防护屏被击碎，同时太空垃圾也被撞碎变成粉末，从而减弱对航天器的威胁。

俄罗斯国家航空系统科研所更进一步，把航天器防护屏幕做成了网状，并在防护屏外涂了一层特殊材料。当碎片与其发生碰撞时，碰撞产生的能量能与太空垃圾发生爆炸式的化学反应，促进碎片变成粉末。

这些技术只是尽量减少太空垃圾的危害，最彻底的办法是将太空垃圾全部回收。国外正设计专门清理各种“太空垃圾”的“太空清洁车”，它是一种特殊飞船，在飞船外装有一个网状或机器触角状的特殊设备，可以捕获太空垃圾而保证自身不受伤害。

据国外媒体报道，2011年1月9日报道，NASA已经开始一项名为“有效碎片清除”的长期项目，该项目将致力于从高地球轨道清除太空中的大型轨道垃圾。

目前，各航天大国都已经认识到空间碎片是一项既涉及世界各国的利益，也是需要世界各国联合行动才能解决的问题。

十大“太空肇事案”

1.太空实验室垂直落下

1979年7月11日，重77吨的美国空间站太空实验室因意外事故停止服役。大块的残骸像雨点般落在了印度洋东南部至居民稀少的澳大利亚西部之间。

2.最重的太空垃圾

俄罗斯“和平”号空间站服役15年后于2001年3月23日坠入地球大气层。重达286600磅的空间站是迄今为止地球轨道中最重的物体，有1500个残骸碎片落在地球表面。

3.音速坠落

经过为期9年51658次地球轨道飞行，2000年6月4日，康卜吞伽玛射线观测器由于陀螺仪故障，故意安排脱离运行轨道，它的太阳能板和天线首先脱离，其他的部件很可能在高速穿越大气层时被融化。

4.“哥伦比亚”号航天飞机残骸

2003年2月1日，美国宇航局“哥伦比亚”号航天飞机返回地球时出现故障，导致机身爆炸碎裂，7名宇航员身亡。航天飞机数以千计的残骸散落在美国2.8万平方英里上。

5.太空飞船部件坠落

1966年3月，巴西里约内格罗发现了太空飞船残骸，这些金属部件经鉴别是来自土星发展测试卫星(SA-5)的一级推进器，该太空飞船是于1964年发射的，1966年4月30日从外太空进入地球大气层。

6.沙漠坠落物

2001年1月21日，德尔塔2型火箭第三级火箭PAM-D从外太空进入地球大气层最终坠落在中东地区，154磅重的钛质发动机外壳坠落在沙特阿拉伯，而其他的钛质压力箱坠落在德克萨斯州，主推进罐坠落在德克萨斯州乔治敦附近。

7.有害物质坠落

前苏联海军机密级宇宙954人造卫星，发射于1977年9月18日，在太空盘旋失控，间谍雷达天线与卫星上的核反应堆发生撞击，使得1978年1月24日，最终卫星的残骸落在了加拿大北极圈的冰冻地带上。

8.神秘太空球

上世纪60年代，澳大利亚出现多起神秘事件，一些人猜测当时发现的神秘外太空球体可能与UFO事件有关。据称，在澳大利亚西部梅克诺卡地区发现了一个钛质金属球，之后这个金属球体被证实只是双子座4号太空飞船的饮水箱。

9.火箭残骸击中人

1997年1月，美国俄克拉荷马州特利地区一位女子被一个轻重量烧焦织物材料击中头部，庆幸的是并未受伤。之后该太空垃圾经鉴别之后是来自德尔塔2型火箭的残骸。

10.USA-193间谍卫星

2008年2月20日，美国海军拦截击落了美国USA-193间谍卫星，据许多业余天文学爱好者称，该间谍卫星残骸落在了美国和加拿大的西北部。

南方日报 李秀婷 李碧娇