我们为什么要建空间站?......
星际“大扫除”:太空垃圾清理攻略
三年前,国际空间站的航天员丢弃了一块重达两吨、装载着废旧电池的托盘,未曾想,这块托盘中的一部分在太空中漂流了三年后,竟重返地球,砸穿了一栋两层的楼房。太空垃圾引发的威胁也并非个例,国际空间站就曾因为一块太空垃圾靠近而采取紧急机动规避措施,这一紧急行动直接打断了航天员原定的太空行走计划,影响了空间站的后期部署。这些具有大规模杀伤力的太空垃圾又是从何而来呢?
星际遗落的宝藏?揭秘太空垃圾的起源
1957年10月4日,苏联发射了第一颗人造地球卫星——斯普特尼克1号。在这个历史性的时刻,还诞生了另一项世界纪录:在将卫星成功送入太空后,其运载火箭脱离了轨道,成为了史上第一块太空垃圾。在之后的几十年里,随着科技的不断进步和太空探索的深入,各种卫星、载人飞船、无人探测器等航天器被频繁送入太空。这些航天器的发射过程,以及它们在太空中的运行、维护直至最终报废,都不可避免地产生了大量的太空碎片。这些碎片包括未能完全燃烧或分离的火箭部件、完成任务后被遗弃的卫星主体、太阳能电池板碎片、甚至是执行任务过程中脱落的螺丝钉等微小物件。
更为复杂的是,太空并非一片寂静的真空。尽管其物质密度极低,但仍存在着大量的微小天体,如流星体、小行星碎片等。这些天体在地球轨道附近高速运动,偶尔会与在轨的航天器发生碰撞。一旦碰撞发生,不仅会损坏航天器本身,还会产生更多的碎片,这些新增的碎片又会成为潜在的危险源,增加未来碰撞的风险。
太空垃圾
宇宙威胁:太空垃圾的危害
随着人类航天活动的日益频繁和空间碎片的持续累积,太空这片曾经被视为无限辽阔的领域,正悄然变得日益“拥挤”。航天器穿梭其间,不仅要面对复杂的太空环境,还不得不警惕那些太空垃圾。这些太空垃圾如果与正在正常运行的卫星或飞船发生碰撞,很有可能造成它们的损毁,若是遇到载人飞船,还会威胁到航天员们的生命造成严重后果。当前,低地轨道(LEO)区域充斥着大量的空间碎片,数量达到数百万个,这些碎片的运动速度极快,能达到每小时29000公里,大约是子弹速度的七倍,鉴于此,即便是微小的空间碎片也具备足够的动能穿透航天员的太空服,或对卫星的太阳能电池板以及电子组件造成破坏。
虽然根据欧洲航天局(ESA)提供的数据,在地球上生活的人类被太空垃圾致伤的风险不到一千亿分之一,概率远低于赢得大型彩票头奖的几率,但太空垃圾可能产生的危害仍然值得关注。
太空垃圾与航天器相撞
太空清洁行动:如何拯救我们的星际家园
对于太空垃圾现在一共有四种方法:规避、预防、防护和清理。
规避是利用高科技的轨道监测技术,提前知道太空垃圾的位置,让我们的航天器绕道而行,尽量避免撞上他们。预防是为卫星设置寿命末期离轨措施,在卫星进入寿命末期时,卫星的姿态轨道发动机就会启动,将卫星主动降低轨道,使它更快地进入大气层,这样就可以减少太空垃圾的产生。对于那些在地球同步轨道上的卫星,可以把他们送到“墓地”轨道,同样也可以起到减少常用轨道上太空垃圾的效果。防护就是通过给航天器穿上铝板、高强度复合材料等“防弹衣”,来抵挡太空垃圾的撞击。清理就是将垃圾拉到大气层,让它们被烧毁,或者将太空垃圾的轨道抬高到不常用的轨道高度上。
将太空垃圾拖到大气层烧毁或拖到“墓地轨道”
2016年6月25日,中国的“长征七号”火箭首飞成功,将7个载荷成功送入太空,其中一个就是“遨龙一号”空间碎片主动清理飞行器。它就像是一个太空清洁工,运用自己身上的机械手臂抓取周围的太空垃圾,来达到清理的目的。
激光技术是目前被广泛应用于各个领域的先进技术。在清理太空垃圾的时候,激光可以像魔法棒一样,轻轻地推一下太空垃圾,改变它们飞行的路线,让它们不会撞到重要的太空设备。也可以用激光对准太空垃圾,让激光的热量把垃圾烧掉或者熔化。但是,使用激光清理太空垃圾也有一些难题,比如要非常精准地控制激光的方向和强度,还要小心激光可能被太空垃圾反弹回来。
激光清理太空垃圾
除了激光技术,还用一种叫做电磁防护的技术也可以清理太空垃圾。它可以利用电磁场来改变太空碎片的飞行路线。就像我们在磁铁旁边放个小铁片,铁皮会被吸过去一样,电磁防护也是利用类似原理,只不过是在太空里,用电磁场来吸引铁皮,改变它的方向,甚至还能把它“关”起来,送到安全的地方去。然而这种技术由于成本高、复杂度高,想要全面应用还是有很大的困难。
此外,一些科学家还从我们日常生活中的渔网捕鱼中得到灵感,想出来一个特别的方法来清理太空中的垃圾——飞网捕获。这个飞网的特别之处在于它的结构很稀疏,张开后只需很少的材料就可以覆盖很大一片空间。一个只有3千克重的飞网,展开后的面积将近一千平方米,这样的设计让飞网在太空中捕获那些卫星和大块的空间碎片时,不需要很高的精确度。而且在使用飞网的过程中不会产生更多的碎片,提高了安全性。
太空垃圾可能会对在轨运行的卫星和其他太空资产构成威胁,增加太空任务的风险,因此更应从源头控制,提升航天技术可持续性,使用环保材料,加强监控,及时清理失效设备。太空是全人类的共同财产,保护太空环境需要各个国家之间共同努力与合作。
部分信息来源于人民网、央视网、国际在线等
(科学性审核:尹锐,中国载人航天工程航天员系统副总指挥)
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