新技術(shù)：激光大戰(zhàn)太空垃圾

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    1957年10月，人類第一顆人造地球衛(wèi)星從前蘇聯(lián)拜科努爾基地升入太空，奏響了人類征服太空的序曲。自此，一批又一批火箭將人造衛(wèi)星送上太空。五十多年過去了，除了載人航天飛行器最后回到地球，其他上天的人造物體都圍繞地球運動著。那些曾經(jīng)輝煌過的“金屬體”，伴隨著使命的結(jié)束，被遺棄在太空，變成了金屬碎片，最終成為“太空垃圾”的一部分。

　　2008年，歐洲航天局地面控制中心公布的電腦模擬圖像顯示，“太空垃圾”已經(jīng)讓地球上空成了一個垃圾場。如何清理太空垃圾，成為人類接下來的研究重點。

　　激光加入回收太空垃圾的行列

　　3月11日，新加坡《聯(lián)合早報》報道，澳大利亞一組科學家正在研究從地球發(fā)射激光，來分解繞著地球旋轉(zhuǎn)的太空垃圾，以減少這些碎片可能會引發(fā)的一系列衛(wèi)星撞擊事件。澳大利亞國立大學天文與天體物理學研究院院長克萊思在接受采訪時表示，這項工程非?？赡艹蔀楝F(xiàn)實，相關(guān)設(shè)備可能在10年內(nèi)運作。

　　“澳大利亞用激光回收垃圾的做法，應(yīng)該就是通過激光讓太空垃圾減速，最終讓它跌入大氣層。” 中國科學院空間中心研究員都亨在接受《中國科學報》記者采訪時分析道，“目前人類回收太空垃圾的方法幾乎都是先令其減速，然后重新墜入大氣層。這樣太空垃圾會在墜落過程中燒毀，不會對地面產(chǎn)生太大的影響。”

　　其實，澳大利亞并不是最早開始希望用激光回收太空垃圾的國家，美國也曾在2011年設(shè)想使用激光去推動這些碎片，使其偏離軌道，從而避免它們相互之間發(fā)生碰撞。“太空垃圾有大有小，重量從幾十到幾百公斤不等。所以回收的手段也不盡相同。”都亨說，“有些可以用機械手臂抓住，有些則需要被網(wǎng)住，最終被送回大氣層。”

　　太空中的潛在殺手

　　隨著太空垃圾的增多，人類航天活動也隨之受到威脅。2005年1月17日，NASA憂心忡忡地公布，南極上空885公里，發(fā)生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”—— 一塊31年前發(fā)射的，美國雷神火箭推進器遺棄物，與中國發(fā)射的長征四號火箭碎片相撞。2013年5月，厄瓜多爾唯一一枚衛(wèi)星在升空后不足一個月，就與太空中火箭殘骸相撞失靈。這些都提醒著人們，太空垃圾對航天安全日益嚴重的威脅。

　　人們最早發(fā)現(xiàn)太空垃圾是在20多年前，加拿大某氣象臺宣布，發(fā)現(xiàn)英仙星座附近有星體爆炸。后來才弄清楚，這不過是一顆廢棄人造衛(wèi)星在太陽光反射下造成的效果。

　　不僅在外太空，人類的生活也慢慢受到了太空垃圾的影響。“由于地球外層大氣的減速作用，每年都會有一部分太空碎片落入地球大氣層。只是大部分都在墜落的過程中燒毀了，所以人們沒有發(fā)覺。”都亨說。但是這并不代表太空垃圾沒有威脅到人類的日常生活。

　　湖南省綏寧縣就曾經(jīng)迎來天外的“不速來客”，據(jù)媒體報道，2012年3月31日， “亞太7號”通信衛(wèi)星“長征三號乙”運載火箭一級殘骸鋼架打斷一低壓線后，打破一民房屋頂?shù)耐咂?，墜落于綏寧縣黃土礦鄉(xiāng)牛欄沖村水田里，另外一片殘骸則墜落于田基上。無獨有偶，在英國，一塊重達1.8公斤的金屬從天而降，砸穿了一對老夫婦的房頂，所幸的是沒有造成人員傷亡。

　　但是，這些還不是太空垃圾最可怕之處。“凱斯勒癥候群”（Kessler Syndrome）才真正令太空垃圾引起航天學者的重視。1978年，一位美國宇航局的天文學家唐·凱斯勒提出了一個令人沮喪的觀點：隨著太空撞擊事件的增加，新生出大量碎片。遲早有一天地球大氣銷毀太空垃圾的速度將跟不上太空垃圾的增長速度。那樣一來，地球外圍空間就會出現(xiàn)一層永久性的“太空垃圾云”，從而使得太空環(huán)境變得非常危險，無法進行航天活動。這種理論就被稱為“凱斯勒癥候群”。

　　試想一下，這些太空垃圾以6~7公里/秒的速度飛行，他們隱藏著巨大的殺傷力：一塊10克重的太空垃圾撞上衛(wèi)星，就相當于兩輛100公里/時的小汽車相撞，衛(wèi)星會在1.5秒內(nèi)被打穿或被直接擊毀。而且每一次太空垃圾的相互碰撞不會互相湮滅，而會產(chǎn)生更多的碎片，再次增加太空垃圾的數(shù)量。

　　回收難在何處

　　為此，人類自很早以前已經(jīng)在思考如何回收這些太空垃圾，并提出各種構(gòu)想，可惜的是，這些構(gòu)想一直止步于理論，并沒有國家真正實踐。“回收太空垃圾成本太高，幾乎和發(fā)射一枚人造衛(wèi)星的花費一樣多。”都亨解釋說，“考慮到成本，如果衛(wèi)星損壞，只是其中部分零件需要更換便可再次應(yīng)用，那么回收就是值得的。如果衛(wèi)星已經(jīng)全部報廢，那么回收就沒有太大意義了。”不過，這只是太空垃圾回收難點之一。另外一層隱憂是，有些國家擔心有人以回收太空垃圾為由，向他國的航天器進行攻擊，因此對于哪個國家執(zhí)行回收任務(wù)以及具體方法，各國并沒有達成協(xié)議。

　　而與花費高額的太空垃圾回收費用相比，有科學家主張在避免產(chǎn)生太空垃圾上下功夫。比如，在衛(wèi)星上加裝一個廉價的折疊式氣球，一旦衛(wèi)星壽終正寢時，氣球內(nèi)便會充滿氦氣或其他氣體。當氣球與地球的大氣層外稀薄的大氣接觸時就形成額外的阻力，降低衛(wèi)星速度，從而縮小衛(wèi)星軌道半徑，讓其墜入大氣層?；蛘咝l(wèi)星上天時帶一根由特殊材料制成的繩子，長約5公里左右，衛(wèi)星失效后可以控制它釋放，繩子將切割地球磁力線并導電，進而在地磁場的作用下產(chǎn)生下拉作用，將衛(wèi)星在短期內(nèi)拖入地球大氣層燒毀。不過，到底哪些方法有效，還需要實踐證明。

　　延伸閱讀

　　清理太空垃圾的奇思妙想

　　太空彈弓

　　為了節(jié)省燃料，美國得州農(nóng)工大學提出“彈弓衛(wèi)星太空清掃器”，能夠捕獲太空垃圾，再將太空垃圾投向地球大氣層燃燒，之后使用動量航行至下一個太空殘骸目標進行清除。

　　立方太陽帆

　　英國提議建造“立方太陽帆”，即使用小型人造衛(wèi)星帶動太陽帆捕獲太空殘骸至低軌道。最初計劃于2011年實施，但目前該計劃仍在籌劃之中。

　　電動系鏈

　　2014年初，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)提議“電動系鏈”策略來有效消除太空殘骸，電動系鏈的電流可以減緩人造衛(wèi)星碎片或者太空垃圾的速度。減速的人造衛(wèi)星碎片將逐漸降落至地面，燃燒殆盡。

　　脫軌任務(wù)

　　該太空任務(wù)是2014年初提出的，旨在搜尋并清除軌道高度為800~1000公里極軌道區(qū)域的廢棄人造衛(wèi)星殘骸，歐洲宇航局擬發(fā)射一個“太空捕捉器”，通過“織女星”火箭發(fā)射，重量為1.6噸。

　　太空垃圾處理器

　　目前，美國一家航天公司提出一個叫作“太空牧羊犬”的設(shè)想，它能夠利用太空動力使太空垃圾得到較好的處理。這個設(shè)想是使用一種可重復使用的太陽能航空器來清理太空垃圾。太陽能航空器利用太陽能電池板充電后，它上面的電流與地球磁場相互作用，產(chǎn)生推動太空垃圾的動力，太空垃圾也就進入大氣層被燒成灰了。