地球周围的“麻烦”

目前，地球正被由太空垃圾组成的“垃圾带”包围着。这个垃圾带中飘浮的主要是一些损毁的卫星碎片和废弃的火箭助推器，它们在太空中飞速运行，不仅危及当前的太空活动，而且对未来的太空任务也有极大的危害。

太空垃圾是什么？

太空垃圾（又称空间碎片）是指围绕地球在近地轨道上运行的无用人造物体，其中包含人造卫星碎片、漆片、粉尘，队及飞船残骸、火箭废弃物、航天员丢弃或遗落的物品等。

空间碎片的数量有多少？

截至目前，人类进行的4900多次太空发射任务使地球被教百万个太空物体包围，其中正在服役的航天器只占很小一部分，其余94%的物体都属于太空垃圾。据统计，如今太空垃圾已经超过4500吨。在地球轨道附近可被跟踪到的直径大干1O厘米的空间碎片数量已超过21000块，估计直径大于1厘米的空间碎片数量约有500 000块，还有数队千万计的直径小于1厘米的油漆碎片。这些太空垃圾飞行速度极快，暗藏着巨大的杀伤力。

险些相撞

距离小于8千米的卫星和碎片，每天会有约1000次的“擦肩”。放到广袤的宇宙中来看，这个距离很短，需要被注意。

空间碎片在哪里？

据统计，73%的空间碎片位于地球低轨道，即距地球表面2 000千米一300千米的轨道。因为，在这个区间内既可以保证环绕地球的时间，又不脱离大气层，所以绝大多数的人造卫星都发射于此，当它们被废弃后，也就在此区间形成了大量的太空垃圾。

同样，在同步卫星工作的地球同步轨道上（轨道半径约为36000千米），也有不少的空间碎片。高度介于以上两个轨道之间的中轨道上，卫星比较少，所队碎片也比较少。

太空土立圾的危害

1957年，苏联发射了首颗进入地球轨道的人造卫星斯普特尼克1号，发射过程中脱落的火箭部件成为首件太空垃圾。自此之后，随着航天活动不断增多，人类在太空留下了各式各样的物体，而且太空垃圾的增长速度逐年递增，按照目前的碎片增长速度估算，如果不采取任何措施，70年后碎片數量将达到凯斯勒效应的临界值。所有碎片连锁式撞击，最终会形成一团包围着地球的碎片云，任何试图发射到碎片云范围内的航天器都会被摧毁，到那时近地空间将彻底不可用。

超级链接

凯斯勒效应

凯斯勒效应又叫碰撞缎联效应，是由美国科学家唐纳德·K·凯斯勒于1978年提出的一种理论假设。该假设认为当近地轨道上运行的物体密度达到一定程度时，这些物体在碰撞后产生的碎片能够形成更多的新撞击，形成级联效应。这也意味着近地轨道将被危险的太空垃圾覆盖。由于失去能够安全运行的轨道，在此后的教百年内，太空探索将无法继续。

在正常情况下，声音在空气中的传播速度约为340米/秒。碎片在轨道上运行时，巨大的地心引力能够使其运行速度至少是声速的20倍。一块质量为10克的太空垃圾与人造卫星相撞，卫星会在瞬间被打穿或击毁，其作用力相当于两辆时速100千米（汽车在高速公路上的行驶速度）的汽车相互碰撞。然而，美国国家航空航天局（ NASA）的科学家称：“毫米级的空间碎片带来的穿透风险最大，因为它会对近地轨道上的大多数宇宙飞船产生高速冲击。这些碎片最高时速可达48 000千米，比子弹快将近10倍。”据美国科学家估计，一个10厘米直径的铝球太空垃圾的撞击力量相当于引爆7千克黄色炸药（TNT），能够令任何东西变成碎片。1983年6月，一块直径仅0.03厘米的漆片残骸，就撞穿了挑战者号航天飞机的5号舷窗。1986年，欧洲太空局的“阿丽亚娜”火箭进入轨道之后不久便爆炸，形成了564块约10厘米大小的残骸和2 300块小碎片。这些垃圾后来直接造成两颗日本通信卫星失灵。

为了研究太空中的微流星体和太空垃圾可能对航天器造成的危害，1984年4月，“挑战者号”将圆柱形的“长期暴露装置”释放到近地轨道，其用途之一是检测微流星体和太空垃圾撞击的影响。1990年1月，该装置被回收。检查发现，其表面仅肉眼可见的撞击凹痕超过32 000个，最大凹痕直径达0.5厘米。相当于这个“长期暴露装置”每天要被撞击15次，即每绕地球一周就被撞击一次。

对于退役的卫星，虽然人们可以利用最后一点儿燃料把它们送入处置轨道，然后在太阳光压和太阳风的作用下不断提升轨道高度。但这种方法终究只是权宜之计，没有真正减少太空垃圾，而且暂存的垃圾也不会静止待在处置轨道上，而是受地球引力作用，以轨道速度绕地球运行。运行着的碎片，即使是最细小的，威力也远超一般人的想象。

太空垃圾的应对之策

应对太空垃圾主要可从四个方面着手，即减缓、防护、观测预警和清除。

减缓就是在发射阶段即考虑如何减少空间碎片的产生。可以在废弃火箭体脱落时，使用残留燃料施加反向推力，以保证废弃部分很快陨落或陨落过程中能够燃烧完毕，此外还要尽量防止火箭体爆炸。

防护是指在航天器上加装防护罩，发生碰撞时防止碎片对航天器产生破坏。但是防护措施会增加航天器的重量，也就是增加发射成本，挤占有效载荷空间，因而航天器的防护能力一般只针对1厘米以下的空间碎片。

观测预警是指根据监测数据，对整个编目中所有空间碎片两两计算相互交会的情况，对于进入危险区域的航天器实施变轨规避操作。

清除就是通过各种方法抓取空间碎片，然后将其拖入大气层烧毁。但是，清除工作目前还在试验和研究阶段，并没有大面积应用。

观测与追踪

这些飘浮在外太空的垃圾，成为各国航天机构的重点关注对象。美国和欧洲航天大国都建立了先进的太空监测系统，我国也设立了国家碎片监测中心，对太空垃圾进行了严密的跟踪，绘制了太空垃圾的空间地图，并及时发布预警。这种为了防止碰撞而对地球附近的太空垃圾等物体进行观测的活动被称为空闻警戒。

目前，针对典型的太空垃圾，有两种观测方式：雷达观测和光学观测。

雷达观测就是通过不同频率的雷达信号来追踪空间碎片。雷达观测可以全时观测，不受日夜交替的影响。

光学观测是利用望远镜系统进行碎片观测，观测能力由望远镜的口径等因素决定。

繩网式碎片抓捕系统

英国科学家提出的“立方帆”是典型的绳网式碎片抓捕系统，它是一颗微小卫星，内部安装有一张张开面积可达25平方米的聚合膜。发射到太空之后，这张膜能够张开，包裹碎片进入低轨，在大气层中燃烧。目前，澳大利亚与欧美国家正在合作开展此项研究。

激光清除

通过锁定某个太空垃圾目标，激光器将发出一束激光照射碎片的某个部分，使其气化，然后利用气体的反作用力推动太空垃圾朝地球的方向运动，最终使其进入大气层烧毁。

空间碎片主动清理飞行器

通过机械臂或携带多个独立的捕获模块抓取废弃卫星和太空碎片，将它们带到大气层烧毁。我国的“遨龙一号”便是世界上第一个主动的空间碎片离轨清除飞行器，也是中国航天人在世界航天领域独领风骚的杰作。

太空鱼叉

将鱼叉发射刺入废弃卫星之类的大型垃圾后，利用其倒钩即可将垃圾拖离原有轨道，或拖至大气层烧毁。据悉，太空鱼叉项目是欧洲太空局“清洁空间计划”的一部分，该计划将于2020年中期实施，首要任务就是移除已经废弃的迄今为止建造的最大的地球观测卫星——Envisat环境观测卫星。