太空垃圾：人类面临的环保新问题

谭辉芳

太空垃圾(Debris)，英文原意是指“碎片”，一般是指人类在从事太空活动时所产生的废弃物及其衍生物，是人类向太空抛入的各类废弃体和碎片的总体，如报废的航天器、废弃的火箭箭体、航天器发射和空间运行过程中抛下的无用部件、卫星解体生成的残余物、固体火箭的排气、磨损掉的表面材料以及发生泄漏的核反应堆所产生的微滴等。

一、太空垃圾的来源

可以说，太空垃圾是人类自己设置的环境隐患，是人类面临的又一新环保问题，因为，太空垃圾几乎全部来自人类的航天及其相关活动。美国宇航局2004年的一份报告显示，俄罗斯是太空垃圾的最大来源国，其次是美国。美国太空监控网络正在跟踪的约9000块直径至少有10厘米的太空垃圾，17％是火箭助推器，31％是已经废弃的卫星，38％是太空物体相互撞击留下的碎片，还有13％来自其它各种太空任务。总体而言，太空垃圾主要有三个来源。

一是有意或无意爆炸产生的航天器残骸。有意的爆炸，极大多数来自前苏联和美国太空战的“预习”。其中前苏联就曾进行了19次卫星拦截、爆炸试验，给太空带来了500～1000块大小不等的碎块垃圾。无意的爆炸，如1973年间，美国有7枚火箭在轨道上爆炸。1986年，欧洲发射的“阿丽亚娜”火箭刚进入轨道就发生爆炸，其碎块中大于10厘米的就有564块，还有2 300多块小于10厘米的。

二是宇航员漫不经心的过失。如1982年，宇航员瓦伦丁·列勃捷夫在进行例行的太空行走时，他刚刚打开“礼炮7号”空间站的减压舱门，由于近乎真空的太空所具有的巨大吸力，把宇航员们不慎留在减压舱内的一些螺栓、垫圈和一支铅笔，都吸人太空，成为了太空垃圾。更令人遗憾的是，前苏联的一些宇航员还把在太空生活中产生的生活垃圾丢人太空。人们还发现，有一只被一名美国宇航员丢失的手套，竟在空中飘浮游荡了20多年。

三是卫星和火箭的残骸。一些失去效用的卫星，仍在轨道上飞行。虽然它们最终会因飞行速度减小，重返大气层而与大气层摩擦烧毁，但恐怕要在几十年到几百年以后。在近地空间里，还飘浮着许多火箭的残余部分，如火箭被丢弃的金属外壳、运载火箭的末级残体、散落下来的发动机和各种衔接部件等。

二、太空垃圾的危害

早在1981年，美国航空航天研究所的专家就指出，在未来几十年内，不断增加的太空碎片将对太空中的生命构成“不可接受的威胁”。这个预言现在已经兑现了。太空垃圾已成为人类航空航天活动的巨大障碍，成为威胁人类安全的新隐患，可以说太空垃圾是航空航天的拦路虎，是宇宙事故的肇事者，已经成为人类面临的新环境问题。总体来说，太空垃圾的危害表现在三个方面。

第一，威胁宇航安全。越来越多的太空垃圾已开始影响到人类对太空的探索与开发，威胁人类宇航安全。①妨碍人类的航空航天活动。一是对宇航设备如宇宙飞船、火箭等造成毁坏。1983年，西欧一枚火箭进入轨道以后，就是因为被太空垃圾击中而发生爆炸的。二是对人类观测活动的影响，太空碎片撞到太空望远镜，会使镜体受到损坏，太空碎片给雷达望远镜造成的干扰，目前已经达到平均每天至少一次的地步了。太空碎片的运动速度高达每小时2.2万英里，这样的高速能使小块碎片在飞船或卫星上撞出一个洞，并导致电力短路等故障。一块10克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆小汽车以100千米的时速迎面相撞，卫星会在瞬间被打穿或击毁!②对宇航员造成伤害。太空碎片在太空以极高的速度运行，其冲击力将造成严重的伤害。一块直径为0.5厘米的太空碎片下落的速度是每秒10千米，可以击穿航天员所穿的密闭宇宙飞行服，造成生命危险。而且，这些太空碎片不断相互碰撞，在高速碰撞中，一个1厘米大的空间碎片就可以毁掉一颗卫星，哪怕是一粒只有1毫米的小碎片也会使一次航天飞行任务半途而废。2003年1月16日，“哥伦比亚号”航天飞机升空半月之后发生意外，航天飞机解体坠毁。美国航空航天局(NASA)飞行部负责人海夫林认为，除了泡沫隔热材料脱落的原因之外，“哥伦比亚号”可能被一块微型陨石或太空垃圾击中。

第二，威胁地球安全。太空中一些体积较大的碎片极有可能进入地球大气层，一部分会由于大气摩擦而烧毁，另一部分则会降落到地面，从而直接威胁人类的生命财产安全。例如，1997年1月22日，一个火箭的燃料储罐坠入大气层时没有完全烧毁，陨落在美国得克萨斯州；1983年，“宇宙1402”号的反应堆芯落人南大西洋；1978年前苏联带有核装置的“宇宙-954”卫星掉在加拿大北部的土地上。幸亏这些地方人烟稀少，未造成严重后果。随着太空垃圾的增多，同类事情肯定还会发生，太空碎片降落地面的频率将会越来越高，但谁也不敢保证，不会对人类的生命和财产造成危害。据美联社2007年3月29日报道，当地时间27日晚10时左右，一架由智利圣地亚哥飞往新西兰奥克兰市的民航客机，飞行至南太平洋上空时，险些被从天而降的太空垃圾击中。

第三，导致大气污染。太空垃圾中有相当部分的核爆炸物，这些核爆炸废弃物尤其是核动力发动机的脱落更具危险性，它会对地球造成严重的放射性污染。据统计，目前太空中的核装置多达100个，含有1吨以上的放射性物质。另外，人类在发射导弹时，核爆炸可在地球大气层中形成巨大的氢气蘑菇云。这种蘑菇云能够破坏大气层的冷暖、磁和化学成分，导致大气污染，并最终改变蘑菇云下面地球表面的气候。更让人感到可怕的是，如果人类对太空垃圾数量增加问题采取听之任之的态度，地球周围将出现一个太空物体形成的环，当然，这不会是一个美丽的光环，而是同覆盖大城市上空的污浊空气相类似的覆盖、包围地球的垃圾层。到那个时候，人类又会同蓝天白云、星星和月亮告别。

三、太空垃圾的防治

由于研究经费和科技水平的限制，目前人类尚不能直接解决太空垃圾问题，只能想办法尽量避免太空垃圾的增加以及对现存的太空垃圾进行防御。为了预防太空垃圾，保护人类安全，各国科学家特别是宇航专家提出了许多针对太空垃圾的对策，归纳起来可以用“避、减、清、禁”四个字来概括。

1、避即加速发展现代太空监视系统，对太空垃圾进行严密的监视与跟踪，并采取有效的技术手段，使航天器及时避开太空垃圾。据美国国防部网站报道，作为世界最大的太空开发国，美国已经把太空安全上升到与国土安全同等重要的位置。目前，美国国家航空航天局(NASA)的科学家已初步建立起一个太空垃圾检测和预警机制。通过先进的地基探测设备(雷达、光学望远镜)和天基探测设备(如“哈勃”太空望远镜等)，对太空垃圾的分布和运动情况进行实时跟踪，以减小碎片撞击航天器和卫星的风险。

2、减即发射航天器的国家应采取措施，尽量减少太空垃圾的增加。为了尽量减少因为新的太空活动而产生更多的太空垃圾，近年来航天器在设计和使用的过程中，越来越多地注重环保技术的应用。目前，世界上许多国家的科学家和航天工程师，都正在积极从事这方面技术的研究与开发工作，而其中的一些已经投入到实际的应用之中。例如，在发射过程末期，将运载火箭中多余的燃料焚毁或排放掉，以降低火箭爆炸成无数碎片的危险。又如，对末级火箭采取未燃尽推进剂和高压气体排空，避免末级火箭爆炸而产生更多太空碎片。另外，航天器的设计者们也在考虑和研究使用无缝接合技术制造航天器，以便不再使用以前那种会使螺栓和其它零件脱落进入轨道的设计。

3、清即发展太空垃圾清除技术，对已完成任务的运载火箭末级，采取转移轨道的措施，使其返回大气层烧毁；对已达到预定寿命的卫星，让其获得逃逸速度，远离近地空间或转入清除装置进行清除。例如，于2001年光荣完成使命的“和平号”宇宙飞船，就是趁着燃料即将用尽之际，赶紧让它坠落地面，而不至于成为巨大的太空垃圾，变成一颗在太空中的不定时炸弹。美国航空航天局早在2003年就启动了耗资将超过2亿美元的太空垃圾清理计划——“猎户座计划”。另据英国《新科学家》杂志报道，美国航空航天局正在试验一种“激光扫帚”，备用它来为今后的航天活动扫清前往国际空间站的道路，这一装置将能阻挡直径在1-10厘米的太空物体，从而减轻它们可能对国际空间站构成的威胁。

4、禁即国际上制定有关空间法规，禁止在空间进行试验和部署各种武器，限制发射核动力卫星，使太空成为为人类文明服务的和平空间。目前，包括中国在内的一些航空航天大国都正在积极倡导制定国际太空法律法规，对人类开发太空的行为进行约束和规范。