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威胁卫星航天飞机 5500吨太空垃圾围困地球(图)
时间:2006年01月24日08:58 我来说两句(0)  

 
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来源:解放网-新闻晨报

宇宙“暗夜杀手”威胁人类未来200年航天发展

 最近发布的报告显示,目前有5500吨太空垃圾围困地球。(假想图)

美国一航天公司提出的“太空牧羊犬”计划。

  本报综合报道废弃的卫星、剥落的隔热瓦、燃料舱的残片……多达9000多块太空垃圾正飘浮在地球轨道上,它们的数量还在不断增加,总重量超过5500吨。美国宇航局科学家在最新的研究中警告说,人类未来的太空旅行和正常工作的卫星越来越受到太空垃圾的威胁,不幸的是,人类目前还没有找到清扫这堆太空垃圾的有效途径。

  撞击生成更多碎片

  美国约翰逊航天中心轨道碎片研究项目的首席科学家尼古拉斯·约翰逊说:“太空垃圾正在成为愈发严重的环境问题。

  该中心的研究人员通过一个电脑程序模拟计算出了未来太空垃圾的数量。此前的研究都是预测新发射的卫星会对太空垃圾的影响,而此次由科学家刘杰奇(音Jer-ChyiLiou)博士领导的小组则预测了现有太空垃圾在未来两个世纪的变化。这一研究结果在20日的《科学》杂志中发表。

  电脑模拟显示,即使人类再也不发射任何火箭,太空垃圾的数量在2055年之前会保持稳定,但之后则呈上升趋势,在未来两个世纪里,太空垃圾的数量也将从目前的9000块增加22%到1.1万块。因为它们不断落入地球大气层的同时,太空垃圾在互相撞击时也会分裂成更多碎片。

  俄版太空垃圾最多

  目前,美国太空监控网络正在跟踪约9000块直径至少有10厘米的太空垃圾,其中17%是火箭助推器,31%是已经废弃的卫星,38%是撞击留下的碎片,还有13%来自其他各种太空任务,它们总重达5500吨。

  此外,还有成千上万更小的太空碎片。大部分的碎片来自卫星爆炸,留在轨道中的燃料舱常常会因为高压而炸成碎片。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。

  卫星发射遭逢挑战

  从1991年至今,科学家记录到了三起直径大于10厘米的太空垃圾间的相撞。

  最近的一次是2005年1月,一颗升空31年的废弃美国卫星和一些航天器残骸发生了相撞。不过这三次撞击均没有造成更多太空碎片。

  研究人员预测,在未来200年中会发生18次撞击,数量虽然并不多,但是对于造价昂贵的卫星或者载人飞船来说,撞击的后果却可能是毁灭性的。太空碎片的运动速度达到每小时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。

  太空垃圾最密集的空间位于距地球550至635英里之间。由于载人航天并不在这个高度,如国际空间站位于250英里的轨道上,因此对载人航天受到的威胁相对较小,但用于商业和科研目的的卫星仍然面临撞击威胁。

  人类尚无清理碎片良策

  研究人员在报告中称,只有清除轨道上的大型物体才能避免未来航天的潜在威胁。但无论是技术上或经济上,目前并没有可行的方式来清除这些太空垃圾,因此希望鼓励研究人员想出更好的办法。

  约翰逊说,目前大部分努力都集中在避免产生新的太空垃圾,但同时也应该开始考虑如何清除现有垃圾。

  但是找到可行的方法却是各国科学家面临的难题。

  为预防太空垃圾的产生,科学家提出给卫星或推进器添加引擎,帮助它们返回地球,但是这也会增加开销,让动力和控制系统变得更加复杂。此外,还有人提出在地面用激光改变太空垃圾的轨道,但由于太空垃圾的数量太多,动用激光还需要消耗大量能源,这样的方法也不现实。(谢来)

  杀手小传

  致命太空垃圾

  太空垃圾是人类在进行航天活动时遗弃在太空的各种物体和碎片,包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等,是空间环境的主要污染源。

  太空垃圾同人造卫星一样,按一定的轨道环绕地球飞行,形成一条危险的垃圾带。太空垃圾中最大的危险来自具有很高动能的金属废料,它们在太空中的运行速度可达每秒16千米。如果一个在较低轨道上运行的卫星与太空垃圾相遇时的平均碰撞速度为每秒10千米,在此情况下,一个直径只有1厘米大小的颗粒在与卫星碰撞时就能释放出一颗手榴弹爆炸的能量;一颗迎面而来的直径为0.5毫米的金属微粒,足以戳穿密封的飞行服,人们肉眼无法辨别的尘埃(如油漆细屑、涂料粉末)也能使宇航员殒命。

  在人类太空史上,太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。

  1983年,美国航天飞机“挑战者”号与一块直径0.2毫米的涂料剥离物相撞,导致舷窗被损,只好停止飞行。前苏联的“礼炮―7”号轨道站也多次被此类“尘埃”损坏。

  1986年,“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸,成为564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片,这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星“命赴黄泉”。

  1991年9月15日,美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞,当时“发现者”号与这个“不速之客”仅仅相距2.74千米,幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号,它才免于丧生。

  克敌之策

  四剑式:避、禁、减、清

  为了防止宇宙飞船、轨道空间站等航天器免受太空垃圾的碰撞,多年来,各国科研人员一直在积极探索解决太空垃圾的问题。

  宇航专家们提出了许多对策,归结起来可用“避、禁、减、清”四个字来概括。所谓“避”,就是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。所谓“禁”,就是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,使空间成为为人类文明服务的和平空间。所谓“减”,就是发射航天器的国家应采取措施,尽量减少太空垃圾的增加。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。所谓“清”,就是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,远离近地空间或转用清除装置进行清除。

  “避剑式”之“防护屏”

  1早在1947年,美国科学家惠普耳就提出了保护航天器免受高速飞行的太空垃圾袭击的方法。为了代替镶嵌在航天器表面越来越厚的保护层,惠普耳建议在保护层前安装一层防护屏,当太空垃圾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,从而解除了对航天器的威胁。

  2俄罗斯国家航空系统科研所和科学院应用力学研究所的科研人员通过多年研究与试验,成功地开发出保护航天器免受与太空垃圾碰撞的新防护屏。该防护屏一个重要特点是在网状的防护屏上还涂了一层特殊材料,当太空碎片与其发生碰撞时,碰撞产生的能量使其与太空垃圾发生爆炸式的化学反应,大大促进了太空碎片变成粉末的过程。网状防护屏还能使与其碰撞的太空碎片横向面积增大,降低碰撞的强度。

  “清剑式”之“太空牧羊犬”

  美国一家航空航天公司提出利用所谓的“太空牧羊犬”清除太空垃圾新设想。

  方案之一:将发动机紧固在最大的碎片上,使碎片与地球相碰撞,但是要实现这一计划需要数量非常多的燃料。另一方案:装备可重复使用太阳能电池的飞船利用电流与地球磁场相互作用时产生的力作机动飞行。飞船上装备有游动“牧羊犬”(放飞到碎片附近的小型飞船),“牧羊犬”围绕碎片飞行并寻找合适的对接点。从太空轨道上清除用上述方法收集的碎片将十分简单,只要减慢速度即可,甚至可以使任何一个飞船开足马力行驶,将自己的部分能量传递给被收集的碎片。

(责任编辑:陈中)



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