太空垃圾漂浮在宇宙中的“定时炸弹”

珒鑫

黑格尔说：“一个民族要有一些仰望星空的人，才会有希望。”仰望星空，探索宇宙，是人类自诞生以来孜孜不倦的追求。1957年10月4日，人造卫星斯普特尼克1号发射成功开启了人类的太空时代，从那时起，世界各国都努力发展航空航天事业，试图启动太空之旅，各国加起来已执行了大大小小近万次太空发射任务。

人类进入太空之前，宇宙保持着绝对的“整洁”，正是因為这种特殊的太空整洁，才最大程度上保护了初期脆弱的航天航空事业的发展。然而，有人类活动的地方，就会产生各种各样的“垃圾”，就连太空也难逃命运。当我们仰望星空，由衷赞叹人类航空航天事业的先进和伟大时，也请给予一些目光，关注一下这些漂浮在宇宙中的“定时炸弹”吧。

太空垃圾的产生

太空垃圾，又称空间碎片或轨道碎片，是宇宙空间中的各种人造废弃物体及其衍生物的总称。这些物体小到固态火箭的燃烧残渣，大到有在发射后被遗弃的多节火箭。根据美国国家航空航天局（以下简称“NASA”）的统计，地球轨道上有大约4000个运行中或报废的人造卫星和火箭残体，此外还有大约6000个可以看到并跟踪的太空垃圾碎片，而直径超过1厘米的太空垃圾，则多达20万个。

太空垃圾的产生方式一般有三种，一是有意或无意爆炸产生的航天器残骸;二是宇航员漫不经心的“过失”;三是卫星和火箭的残骸。

有意的爆炸大多数来自苏联和美国的“太空战”演习，其中苏联就曾进行了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;无意的爆炸一般产生于火箭的发射失败，1973年美国就有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，也产生了近3000块大小不一的太空碎片。

因宇航员“过失”产生的太空垃圾种类五花八门，过程也具有一定的偶然性和戏剧性。1982年，苏联宇航员瓦伦丁·列勃捷夫在进行例行的太空行走时，刚刚打开“礼炮7号”空间站的减压舱门，近乎真空的太空瞬间产生巨大吸力，把宇航员们留在减压舱内的一些螺栓、垫圈和一支铅笔吸入了太空，成为太空垃圾。更令人遗憾的是，由于当时还没有产生保护的观念，苏联和美国的一些宇航员还把太空生活中产生的一些生活垃圾丢入太空，其中最“著名”的是1965年被一名美国宇航员不小心丢弃的一只手套，竟在太空中飘浮游荡了几十年。

卫星和火箭的残骸占了太空垃圾的“半壁江山”。一些失去效用的卫星，至今仍在轨道上飞行，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，但彻底消失恐怕要在几十年甚至几百年以后。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。

太空垃圾的危害

人类在探索太空的初期，并没有认识到太空整洁的重要性。例如美国为了对抗苏联，曾在太空执行过疯狂的“西福特计划”，目的是在太空中制造一个稳定可控的“人工电离层”，保持战时通讯永不断联。在这项计划中，美国前前后后向太空发射了数亿枚太空针，虽然美国宣称“太空针”只能存在3年，最终会跌入大气层被焚烧，但事实上，至今仍有上亿枚“太空针”成为太空垃圾漂浮着，严重影响着太空安全。

太空垃圾如果与运作中的人造卫星、载人飞船或国际空间站相撞，将会危及到设备甚至宇航员的生命。据计算，一块直径为10厘米的太空垃圾就可以将航天器完全摧毁，数毫米大小的太空垃圾就有可能使它们无法继续工作;一颗迎面而来的直径为0.5毫米的金属微粒，就能戳穿密封的飞行服;即便是肉眼无法辨别的尘埃，也能让宇航员丧命，一块阿司匹林药片大小的残骸也能让造价上亿美元的航天器失去作用，太空垃圾成为日益受到关注的国际问题。

据NASA披露，2005年1月17日，在南极上空885千米的地方，曾发生过美国雷神火箭推进器的遗弃物和中国发射的长征4号火箭碎片相撞的“宇宙交通事故”。其实这不是偶然事件，毕竟在所有太空垃圾中，卫星造成的垃圾至少占据了70%，它们犹如高速公路上随意乱开的汽车，无法控制何时会刹车、何时会变线，从而成为了宇宙交通事故最大的潜在“肇事者”。

在历史上的太空相撞事件中，“犯罪记录”最突出的就是前文中提到的“阿丽亚娜”号火箭的残骸。1986年，“阿丽亚娜”火箭进入轨道之后不久便爆炸，释放出564块10厘米大小的残骸和2300块更小的碎片。后来这些残骸和小碎片在绕地球轨道飞行的过程中，先后导致两颗日本通信卫星和一颗法国卫星“命赴黄泉”。

另据俄媒报导，1987年，曾发生过因连接器拧不紧，“量子”舱无法同“和平”号空间站对接的情况。当时，经验丰富的地面控制中心认为，舱外肯定有物质干扰对接，于是派一个考察组上去检查，结果发现那里有一个金属残片。

2020年，美国一家初创公司的雷达探测数据显示，中国长征4B火箭的残骸可能与俄罗斯一颗名为帕鲁斯的废弃军事卫星相撞，一旦发生碰撞事故，将会释放大量太空碎片，给轨道上的卫星以及探测器等带来巨大威胁，不过所幸二者仅仅是擦身而过，这让地面上的人们终于松了一口气。

据了解，自1973年以来，每年有数百块太空垃圾坠落地球。万幸的是，由于经过大气层时与空气产生急剧摩擦，这些垃圾大都在未通过大气层时就自我燃烧殆尽，迄今没有发生过大型的太空垃圾伤人事件。但太空坠落物对于人类来说，始终是个潜在的安全隐患。

太空垃圾不仅给航天事业带来巨大隐患，还污染了宇宙空间，给人类带来灾难，尤其是核动力发动机脱落，会造成放射性污染。美国和苏联在空间的核反应堆中有1吨的铀—235及其他核分离物，若泄露，后果将不堪设想。

太空环境受到关注

随着太空飞行物的增多，越来越多的国家认识到保持太空整洁是人类航空航天事业发展的前提，充满垃圾的太空只会限制人类的发展。各国政府及航天专家已经开始行动起来，用保持太空清洁、加强探测控制、利用移动雷达等方式，共同维护太空环境，保障人类航空航天事业的安全。

例如将停止工作的卫星推进到其他轨道上，以免同正常工作的卫星发生碰撞;用航天飞机把损坏的卫星带回到地球，以减少空间的大件垃圾;甚至还有有一些科學家提出使用激光武器将太空垃圾在太空中直接焚烧掉的设想。

大一些的太空碎片可以用监测导弹和间谍卫星的系统来进行监测。在日本本州岛冈山县，有一台远程控制雷达专门用来跟踪太空垃圾的移动。这是世界上第一台专门用来跟踪太空垃圾移动的雷达，其他一些国家都是借助于军用雷达来记录或确定太空垃圾。

美国密歇根大学的一个科研组研究了一种利用气体“脉冲”射击太空碎片的新技术。这种新技术利用“太空碎片清除系统”，将大气气体脉冲发射到目标碎片必经路线上，增加太空垃圾的摩擦力，令其下降坠落到地球大气层里。NASA投资研发二维宇宙飞船，这种航天器使用特殊的二维薄膜材料制成，可以包裹住太空垃圾并使其离开轨道。

英国萨里卫星技术公司的研究人员设计一种用于小卫星的微型电力推进器，可以将卫星安全带回地球大气层，在空中烧尽，从而避免产生太空垃圾。

俄罗斯联邦航天局计划投入108亿卢布（约合3亿美元）开发一种名为“扫除者”的航天器，用来清除在地球同步卫星轨道上的大型太空垃圾——报废卫星或火箭助推装置。

我国也十分重视“太空垃圾”问题，从上世纪80年代就开始与有关国家合作开展这方面的研究。1995年6月，中国国家航天局就正式加入了“机构间空间碎片协调委员会”，与各国共同探讨减少空间碎片的途径和办法。2005年3月初在中科院紫金山天文台成立了“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”，将为中国在空间航天领域建起安全预警系统。此外，“遨龙一号”空间碎片主动清理飞行器也于2016年6月25日随“长征七号”成功发射，“遨龙一号”的潜在功用是反卫星武器，和平时期的作用则是巡航太空，防止失效的卫星或卫星碎片撞击地球。

对于太空垃圾，也有一些约定俗成的国际规定。例如，飞行器“寿终正寝”后，有能力离轨即离开有用轨道，到没用的地方去;对已编号的全部碎片，要进行全程跟踪，目的是让航天飞机、空间站、卫星对较大碎片进行避让;在飞行器设计的时候，应考虑如何针对小碎片碰撞进行有效防护等问题。 然而，真正要清理太空垃圾，说起来容易做起来难，除了费用，究竟如何清理的问题至今仍然没有明确答案。随着人类探索宇宙的进程加快，太空环境的维护必将成为航空航天事业的重要研究方向之一。