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美俄两国卫星相撞轨道 太空将有可能无法使用

2009-02-12 　 新华网　

（记者孙彦新）太空，正面临着越来越严重的“环境污染”。

自1957年前苏联把全世界的第一颗人造卫星送上天，至今48年的时间，人类的空间活动共制造了数以亿计的空间碎片（也叫太空垃圾）。中国空间碎片行动计划首席科学家都亨介绍，一个仅10克重的空间碎片的太空撞击能量，不亚于一辆以每小时100公里速度行驶的小汽车所产生的撞击能量。

漫漫历史长河中，48年不过是人类对太空探索的小小开端，专家曾估计，如果不加防治，再过百年，空间碎片将使太空变得无法使用，太空探索可能因此而止步。

太空将有可能无法使用

据美国国家航空航天局统计，因碎片撞击，航天飞机平均每次飞行要更换1．41块舷窗，航天员有时透过舷窗可以看到空间碎片飘移而过。

1999年6月，美国发现号航天飞机飞行10天返回地面，共发现64处撞击痕迹。

前苏联和平号空间站公布的图片清晰显示，和平号陨落前已经被空间碎片撞得千疮百孔。

碎片撞击的相对速度是平均每秒10公里，最高时达每秒16公里。各种尺寸的碎片都会对航天器造成危害，微小碎片累积效应会改变元器件的性能，撞击产生的等离子体会破坏航天器供电系统，如今，数以亿计的微小碎片已经成为影响航天器寿命的重要因素之一。

较大碎片撞击会使航天器破裂、爆炸、结构解体，中国科学院空间技术与应用中心研究员龚建村介绍，这种撞击在目前的概率极小，一旦撞上将是灾难性的。迄今为止人类通过轨道计算确认了三起严重的太空相撞事件：

1991年12月底，俄罗斯一颗失效卫星“宇宙1934”撞上了本国另一个卫星“宇宙926”释放出来的大碎片，前者一分为二，后者零碎到无法跟踪。

1996年7月24日，一块美国“阿丽亚娜”火箭的残骸，以每秒14公里的相对速度撞断了法国一颗正在工作的电子侦察卫星的重力梯度稳定杆，后者翻滚失效。

2005年1月17日，在太空中飞行了31年的美国“雷神”火箭废弃物，和中国6年前发射的长征四号火箭残骸，以每秒5．73公里的相对速度碰撞，长征四号火箭残骸的近地点轨道下降了14公里，美国的火箭废弃物一分为四。

“可以确信，未来类似的撞击会越来越多。”龚建村说。

体积较大的空间碎片，即使在寿命到期的时候，依然会对人类构成威胁。1997年1月22日，一个火箭的燃料储罐再入大气层时没有完全烧毁，陨落在美国的得克萨斯州；1978年1月24日，前苏联带有核动力的雷达卫星在加拿大西北上空解体，500多块带有放射性的碎片，撒落在800公里长的地带上，带来极为严重的后果。

20世纪80年代，空间碎片的威胁受到关注，当时曾有科学家估计，如果任其发展，再过数十年将会发生“雪崩效应”。都亨对此进行解释，“空间碎片数量过多，相互之间撞击的频率增大，从而产生更多的碎片，这个过程循环下去，就像滚雪球一样，十分可怕。”

近年来空间碎片的增长速度越来越快，仅10厘米以上碎片，平均每年净增200个。科学家估计，照这个速度发展下去，100年后，空间碎片的数量将比现在增加一个数量级，数百年后航天器将无法在空间生存。

“先污染后治理”的悲剧不幸在太空上演

空间碎片，专指人类在太空活动中产生的废弃物及其衍生物。

中国科学院空间技术与应用中心研究员龚建村，介绍了空间碎片的几种来源：

——完成任务后的卫星以及运载火箭末级直接成为空间碎片；

——火箭剩余燃料、卫星高压气瓶中的剩余气体、未用完电池，都可能因为偶然的因素爆炸，而产生难以计数的空间碎片，至2003年人们共发现了170余次爆炸，将近一半的碎片因此而来；

——固体火箭燃料中添加了铝粉，燃烧产生的氧化铝向空间喷射，形成太空“沙尘暴”；

——用液态金属钠钾作为冷凝剂的核动力卫星，卫星失效后冷凝剂向外泄漏的小液滴产生了小碎片；

——航天员产生的生活垃圾是名副其实的太空垃圾，和平号空间站的垃圾就直接被抛向太空；

——航天员在太空行走时遗弃的扳手、手套、摄像机灯等物品也成为空间碎片；

——空间碎片使航天器表面材料退化、剥落，成为新的空间碎片。

开展空间活动时间较长的美、俄两国，所产生的空间碎片约占总数的45％和48％，我国产生的约占1．2％。

没人能够数清空间碎片的确切数目。龚建村说，人类目前只能对直径10厘米以上的碎片进行跟踪监测，这类碎片目前共有9600多个，世界上只有美国和俄罗斯有能力对其进行全部监测，美国国家航空航天局为每个碎片都进行了编号。

小于1厘米的碎片据估计有数千万乃至数亿，航天器已经根本无法避免与其相撞，只能通过加强自身的防护能力来应对。

介于10厘米至1厘米之间的，约有数百万个，由于既无法跟踪也难于防护，因此，被称为“危险碎片”。科学家们正致力于提高跟踪能力和航天器的防护能力，以期从两个方向填上这条危险的鸿沟。

这些碎片集中在人类开展空间活动最有价值的区域里，以距离地面300公里至2000公里的范围内最为密集，并在距地面八九百公里的太阳同步轨道附近，以及1400公里附近达到最高值。在距地面35000公里的地球同步轨道以及半地球同步轨道，碎片会呈两个密集带，再往外则数量急剧下降并趋向零。

人类，正自尝苦果。

只能“防”无法“治”的无奈

地面上的环境污染，尚能找到有效办法进行治理。而对于空间碎片，人们“只有招架之功，而无还手之力。”目前的三大招术是：减缓碎片的产生；跟踪监测较大碎片从而让航天器提前规避；提高航天器防护能力。

1993年美、俄、日、欧空局联合发起成立“机构间空间碎片协调委员会”，中国国家航天局于1995年成为这个委员会的正式成员。

都亨介绍说，世界各国努力从源头上减少空间碎片的产生，如今基本解决了火箭的剩余燃料排放问题，废弃火箭的爆炸事件越来越少。目前，大家正在研究如何让失效卫星让出有用轨道，例如可以预留燃料将其推向地面，加快其陨落过程等。“机构间空间碎片协调委员会”还致力于制定各种标准，使航天器在设计、生产过程中就考虑到碎片因素。

“从理论上来说，只要防护层足够厚，就能够抵抗任何撞击。”都亨说，“显而易见，这在实际的航天活动中是不可实现的，人们只能在防护和重量上寻找一个最优值。”目前人类最大的载人航天器——国际空间站在防护上下足了功夫。科学家对撞击风险进行了评估，区分出不同部位的不同风险，并分别进行防护设计。从目前国际空间站的运行情况来看，这些防护对于微小碎片是有效的。

在监测跟踪方面，美国和欧洲考虑设立天基观测点，希望能把对碎片监测的能力提升到1厘米左右，也就是对难于防护的碎片都能跟踪。都亨说，我国未来的五年还只能主要解决“零的突破”的问题，争取实现对10厘米以上碎片的自主跟踪能力。

那些难于防护的碎片，只有唯一的一招——躲避。美国国家航天局的一份数据，记录了1988年至1997年航天飞机50余次飞行中，至少有5次因躲避碎片而改变飞行路线。

1999年10月26日，上天不到一年的国际空间站，进行了第一次躲避空间碎片的变轨飞行，发动机点火5秒钟，消耗燃料30公斤，使两者的距离从不到一公里增加到安全的140公里。从此平均每年要做4次这样的机动，给本来就十分紧张的后勤供给带来了更大的压力。

治理空间碎片引发奇思妙想

除了“防”和“躲”，人类尚没有能力主动消除空间碎片。

从第一个空间碎片产生起，人类能够跟踪碎片共有29000多个，其中，约两万个已经陨落。

围绕地球运行的空间碎片都有自己的轨道，相当于一个个的航天器。近地空间的碎片受到逃逸大气阻力较大，因此，离地面越近的碎片越容易陨落。距地300百公里碎片寿命约为一年，600公里的可能为几十年，1000公里以上的将飞上千年，三四千公里以上的上万年，再高的碎片几乎会永远飞下去。

没有人会试图等着所有碎片自己陨落，美国的科学家曾想用一种激光炮轰击碎片，但这可能产生更多的微小碎片。很多类似的想法都在刚一提出就被立即否定了，都亨说，目前科学家们对此束手无策。

空间碎片的治理引起了大学生们的极大兴趣。2004年10月至2005年7月，中国宇航学会和美国海因莱因基金会，联合举办了一个“飞向未来——太空探索创新竞赛”的活动。此项活动的参加者被规定必须为30岁以下的年轻人。都亨介绍，获奖作品中约有三分之一是关于空间碎片的。

有的说做一个大网去天上捕捉，有的建议发明一种粘力很强的卫星把碎片粘回来……在这位从事了30年空间环境研究的老科学家眼里，后辈的奇思妙想既稚嫩又不乏创意。都亨说：“人类早晚有一天会想出治理空间碎片的办法，而想出办法的人，可能就在他们中间。”