地球已经被数以亿计太空垃圾包裹,太空任务受到影响

地球已经被数以亿计太空垃圾包裹,太空任务受到影响

#地球已被太空垃圾包裹#虽然人类已经能够对一些太空垃圾进行有效的编目和管理,但是仍然缺乏直接高效的方法来批量处理太空垃圾。专家认为,有必要区分太空垃圾的轨道高度和体积,采取不同的措施进行处理。

不久前,俄罗斯一大块太空垃圾逼近国际空间站,导致国际空间站机动规避,也导致宇航员原定的太空行走计划中断。而这种事件并不是个例。2022年12月15日,俄罗斯联盟号MS-22飞船发生泄漏,人们发现飞船上有一个0.8毫米的洞,可能是由微陨石或太空垃圾碎片造成的。

近地轨道的空间虽然广阔,但除了卫星和飞行器,已经是大大小小的太空垃圾遍地,拥挤不堪。随着人类密集的航天发射活动,可能对航天任务造成损害的太空垃圾处理问题再次引起广泛关注。

微小空间碎片的数量可能数以亿计。

如果我们能拍一张地球的全景照片,把地球空间轨道上所有能监测到的太空碎片和失效卫星等太空垃圾都标记出来,我们会看到一个非常震撼的画面:地球已经被密集的太空垃圾包裹。在这些太空垃圾中,有需要以毫米计算的碎片,比如由于强烈的紫外线辐射而从飞船外部脱落的油漆碎片等。也有几米长、几吨重的大型物体,比如失灵的卫星、太阳能电池板等。

关于太空垃圾的分布,有一个规律,体积越小,数量越多。由于不同机构的统计方法并不一致,国际航天界对空间轨道的空间碎片总量并没有准确的结论。但大致可以确定的是,太空轨道上直径大于10厘米的太空垃圾不下2万件,直径大于1厘米小于10厘米的太空垃圾几十万件,直径小于1厘米的太空垃圾上亿件。

这么巨量的太空垃圾是有人故意扔的吗?答案当然是否定的,虽然国际空间站多次丢弃氨罐、相机支架等。,甚至在2021年抛出了一块重约2.5吨的旧太阳能电池板,这些物体在绕地球短暂自转后会落入地球大气层,并在大气层中燃尽,因此不会在轨道上长期成为太空垃圾。

国际宇航联合会航天运输委员会副主席杨宇光告诉科技日报记者,实际上,除了卫星等少数已达到使用寿命或因故障而失效的航天器外,绝大多数太空垃圾,尤其是体积巨大但微小的碎片,主要是由失效航天器解体或太空垃圾之间的碰撞造成的。

“失效的航天器和大块解体或碰撞后会形成大量的小块,小块还可能继续相互碰撞,产生更多的碎片和更小的碎片。”杨宇光说,这样一来,在反复的解体或碰撞中,产生了大量的太空垃圾。

除了体积和数量的相关性,太空垃圾的轨道分布也有一定的规律性。杨宇光说,轨道高度500-1000公里的区域是太空垃圾的“重灾区”。“首先,这个区域曾经有大量的卫星,相互碰撞的可能性很大。

其次,这个范围内的大气层非常稀薄,绕地球旋转的物体速度下降缓慢,很难在短时间内脱离原来的轨道坠入大气层。在轨道高度300-400km的区域,虽然已经发射了大量的卫星,但是该区域的大气密度较高,太空垃圾会在较短的时间内受到大气阻力的影响降低其高度,最终坠入大气层被烧毁。

登记太空垃圾,进行跟踪管理。

虽然太空垃圾已经包围了地球,但杨宇光告诉记者,目前国际上对威胁大的太空垃圾大多进行了跟踪编目,对其运行轨迹进行了监控,以便在太空活动中合理规避。

杨宇光介绍,目前对太空垃圾的跟踪监测主要有两种方式,即雷达观测和光电观测。雷达观测的原理是地面向天空发射无线电波,无论是工作卫星还是太空轨道上的太空垃圾,无线电波都会反射回地面。地面雷达站接收到空间物体反射的无线电波后,可以对其进行分析处理,从而实现对太空垃圾的发现和编目,以及对其位置、速度等运行信息的监控。

与传统的主动雷达不同,不久前,澳大利亚媒体报道了一种监测太空垃圾的新方法,但使用的是被动雷达。被动雷达本身不需要发射机发射电磁波,主要依靠接收其他来源反射的微波能量来探测目标,通常灵敏度较高。

由于地球每时每刻都向太空发射大量无线电波,其中一部分会被太空垃圾反射回地面,然后被无源雷达接收,从而实现对太空垃圾的监控。杨宇光表示,这种方法在理论上可能是可行的,但实际应用效果仍需进一步了解和观察。

除了雷达观测,光电观测是监测太空垃圾的常用方法。这种方法主要是利用光电望远镜观测空间轨道上的物体。主要设备是大视场的空间碎片光电望远镜,但通常只有当物体反射太阳光时才能观测到。

杨宇光说,无论哪种观测方式,目前都有一定的局限性,尤其是对于微小太空垃圾的监测。他进一步介绍说:“目前人类已经能够在较低轨道跟踪直径超过1厘米的空间物体,在较高轨道跟踪直径超过10厘米的空间物体。但目前来看,越大的物体越容易监测,而越小的太空垃圾越多。”

成本制约太空垃圾处理。

看得见,但不一定“摸得着”。虽然人类已经能够对一些太空垃圾进行有效的编目和管理,但仍然缺乏直接高效的方法来批量处理。

杨宇光说,直接捕获太空垃圾进行收集处理,当然是人们能想到的最简单、最直接的方法,但也是最昂贵的方法之一。“太空垃圾在不同的轨道上。如果你想接近它们,你需要不断改变轨道。变轨需要消耗推进剂,成本太高。所以不能用这种方法批量处理太空垃圾。”

杨宇光给出了未来处理太空垃圾的有效方法。首先要区分太空垃圾的轨道高度和体积,采取不同的针对性措施。

由于空间物体绕地球运行的轨道高度与其绕转速度有关,当其速度降低时,它所能保持的轨道高度也会降低。所以轨道高度特别低的太空垃圾不需要太多的干预。在受到外层大气的阻力后,会逐渐降低速度,最后自主坠入大气层,燃烧殆尽。

对于处于低轨道上部、体积较小的太空垃圾,杨宇光认为可以发射一颗携带半导体激光器的卫星到太空,对体积较小的太空垃圾进行照射。高能激光会使垃圾部分气化,蒸汽的反作用力会降低其运行速度,从而缩短下落时间。“如果这颗卫星能长时间绕地球旋转,只要经过太空垃圾就能受到辐射。

虽然一次照射的效果可能微乎其微,但如果能反复照射,效果会很显著。杨宇光补充道,而且,半导体激光器不依赖化学燃料,只需要卫星的太阳能电池板提供电力,就可以长期发挥作用。对于体积较大的太空垃圾,由于其数量较少,派遣航天器将其捕获并清除可能是可行的方案之一。

但是捕获后怎么处理呢?杨宇光认为,直接把它“扔”回大气层是不可取的。”这也需要大量的能源,而且不划算.”他指出,在捕获后,它可以安装一个离轨帆,帮助它快速脱离轨道,坠入大气层。离轨帆是一种展开在卫星等航天器上,可以在太空中独立展开的薄膜结构。

它的重量很轻,但薄膜帆展开时就像一个“大风筝”,可以大大增加飞船的空气动力阻力,从而使其减速并逐渐脱离原来的轨道。杨宇光说,虽然目前提出了多种清理太空垃圾的手段和方法,但都面临成本高的问题。一方面,世界各国需要继续技术探索;另一方面,各国应共同努力,建立更加合理有效的外空管理机制,共同应对太空垃圾问题。

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