美国《连线》杂志在线版日前刊登文章称,随着私人太空企业开始向地球轨道进军,以及低成本的立方体卫星和纳米卫星让平常人也能支付得起,太空中的一个问题太空垃圾将会变得日趋严重。
太空垃圾是一些零零碎碎的、围绕地球轨道的无用人造物体,也称空间碎片或轨道碎片。它们小到由人造卫星碎片、漆片、粉尘构成,大到是一整片飞船的残骸。
自上世纪60年代初以来,太空垃圾的数量已开始呈指数级增长。据美国国家航空航天局(NASA)2016年估计,目前地球轨道上有1亿个一粒盐大小的人造物体、50万个弹珠大小的物体、2.3万个接近或超过垒球大小的物体。2009年,一颗废弃的俄罗斯卫星与美国商业卫星相撞就制造出了2000多个碎片。
除了卫星,还有火箭。达伦麦克奈特是美国弗吉尼亚一间为政府间谍卫星服务公司的技术总监,据他估计,每年两颗苏联废弃火箭相撞的概率为1/4000,产生的碎片数量可想而知。
2016年5月,欧洲空间局(ESA)在其官方网站公布了宇航员蒂姆佩克从观察舱内部拍摄到的照片,其展示了舱体被极微小的太空垃圾撞击留下的槽。撞击的太空垃圾直径可能不到千分之一毫米。国际空间站对此使用了大量屏障来保护宇航员,因而,此类级别的撞击并没有危险性。
但大碎片就完全不同。只要与一块大于10厘米的太空垃圾碰撞,航天器就会遭遇毁灭性打击。而在1亿块环绕地球运行的太空垃圾中,直径超过10厘米的至少有2.7万块。
苏联发射人类第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”,开启了太空探索的新篇章,但也意味着我们开始有意无意地在宇宙空间遗弃各种残骸和废物。这些碎片不仅给航天事业带来巨大隐患,还污染了宇宙空间;同时也给人类带来灾难,尤其是核动力发动机脱落,会造成放射性污染。
一方面是微电子、微机械、纳米等技术的进步促进小卫星设备立方体卫星和纳米卫星的普及。立方体卫星最显著的特点就是部署廉价:它可以被在一枚大的火箭平台上。尽管发射一枚火箭需要花费5千万美元到3亿美元,但在一个大的火箭平台上搭载一个立方体卫星,只需额外花费5万至10万美元,这使其应用层面更广。而纳米卫星更是需要由相当数量的卫星形成分布式的星座系统,才能实现其功能。
另一方面,据《连线》杂志的文章称,现在私人太空公司已预备在2025年前发射数以万计的卫星其中美国太空探索技术公司(SpaceX)计划发射1.2万颗小型互联网卫星;OneWeb公司一家成立于英国、主要利用微型卫星构建长距和低延迟性无线网络的公司,则计划发射约700颗卫星;卫星公司Planet目前计划发射100颗卫星。
鉴于越来越多卫星正排队上天,人们开始构思一个未来能有效减少无用碎片的方法,那就是延长卫星的使用寿命。
通常来讲,一颗卫星从被发射出去起,就开始了它走向报废的过程,而地球上的我们对此无计可施。目前,工程师们可以利用各种卫星传感器的数据进行推算,对地球轨道中的卫星进行远程故障检测,这使得卫星的软件系统能得到修复升级,但硬件一旦损毁是不可逆转的。卫星公司只能眼睁睁看着自己的宝贝成为太空垃圾。
但就在上个月,美国国防高级研究计划局(DARPA)发起了一项名为“同步卫星维修机器人”(RSGS)的研究项目,决定开发出一款卫星维修航天器,其可以改变同步卫星的轨道;帮助展开被卡住的太阳能板等等,从而有望让原本只能“一次性”使用的卫星通过修复焕发活力。按计划,这架航天器将于本世纪20年代初期发射。
与此同时,NASA还将展开名为“Restore-L”的机器人计划,为目前处于近地轨道的美国政府卫星补充燃料,再次将其推入新的轨道。
不过,即使这两个项目都获得成功,它们只能暂缓更多碎片加入太空垃圾大军,对于目前已经漂浮在空中的那些碎片,最传统的做法仍是用激光把它们射下来,让其在地球大气层中燃烧掉。部分研究者相信,这种操作性更强的办法可以更精确、更快、更经济地清理太空垃圾。但有分析认为,该方法可能不利于处理长度小于10厘米的太空垃圾。
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