它是人类太空梦想的附属品,太空碎片问题日趋严重,我们该怎么做_百度...

啊哈

它是人类太空梦想的附属品,太空碎片问题日趋严重,我们该怎么做_百度...

frag86@126.com

首先我们来看一组数字：
  
从1957年太空时代开始以来的火箭发射次数：约5560（不含故障）
  
进入地球轨道的卫星数量：约9600颗
  
仍在太空中的卫星数量：约5500颗
  
仍在运行中的卫星数量：约2300颗
  
全球太空监视网络定期跟踪并保存在其目录中的碎片物体数量：约22300个
  
破碎、爆炸、碰撞或导致卫星破碎的异常事件次数：超过500次
  
地球轨道上所有人造物体的总质量：超过8800吨
  
通过统计模型估计的在轨碎片物体数量：
  
有34000个大于10厘米的物体
  
有90万物体的尺寸大于1厘米但是小于10厘米
  
有1.28亿个物体，处于1毫米到1厘米之间的尺寸

最近，我在思考太空碎片对人类的影响，看了上面的数据，相信大家与我一样，非常震惊。有非常多的碎片正在地球轨道以很快的速度飞越，这些碎片可能像棒球一样大，也可能像螺丝钉一样小。我们无法控制它们，更无法把它们集中起来。随着时间的流逝，它们可能会自行回到地球的大气层中，大部分太空碎片都会，但是在这之前我们不能无动于衷。
  
随着1957年苏联人造卫星的发射，人类开始了新的太空时代。这是人类的新纪元，可是在人类追逐太空梦想的时候，一个问题随着时间增加也越来越明显起来。不活动的卫星，运载火箭的上层，火箭分离中遗留下来的废弃碎片，甚至是一些冻结的小冰晶和微小的油漆斑点都会在地球轨道上高速运行。而且更关键的是，无论多么小的太空碎片，当一块与另一块碰撞时，就会释放出更多碎片。在未来，太空碎片的数量只可能增加，太空碎片重入大气层的速度远远比不上人类太空任务的进展速度。

轨道上有数以亿计的1厘米左右大小的太空碎片，它们在低地球轨道上会以每秒7公里的速度飞越。在这样的速度下，就算是一小团从火箭剥落的油漆也会造成重大问题，威胁空间站和卫星的运行。这样速度的太空碎片不仅会直接击穿诸如空间站太阳能电池结构或宇航员居住模块等关键部件，更重要的问题是两块太空碎片相撞还会产生数百甚至上千块新的太空碎片。
  
在过去的五十年中，平均每天都有几块碎片会落到地球上，大部分碎片在到达地面之前都会在大气层中燃烧殆尽，而其他的没有被完全燃烧的碎片经常会落入海洋中，这是因为海洋约占地球表面的70％。所以我们从科学家的模型报告中得知，目前还没有发现什么太空碎片造成了重大损失。

可以说人类追逐太空梦想的附属品就是太空碎片，我经常想到一个问题，人类已经污染了地球，难道还要污染太空轨道环境，月球甚至火星吗？现在看来事实确实是这样的，月球表面也有180多吨的太空碎片，和地球轨道一样，这些碎片也都是卫星或者一些航天器的产物。实现太空梦想最关键的一点就是可持续发展，如果太空轨道有太多碎片，那未来我们的卫星和火箭还怎么运行？
  
我们不能让这样的事情发生，所以一些国家创建了一个太空轨道监视网络。现在的一些地面望远镜也会跟踪较大块的太空碎片，以免与正在运行的卫星或飞船相撞，较大的太空碎片如果撞击航天器带来的效果是毁灭性的。未来会有更多全天候观察太空碎片的地面望远镜，许多国家也会针对太空碎片问题达成共识。

有科学家根据目前的发射频率绘制了未来200年的太空碎片模型，在未来的200年里，如果按照现在的发射频率，直径超过20厘米的碎片将增加1.5倍，10厘米到20厘米之间的太空碎片将增加3.2倍，小于10厘米的碎片将增长13到20倍。越小的碎片，成长的倍数更高，更糟糕的是未来的太空发射任务不会按照现在的频率，太空任务只会更多。
  
我们现在不能停止发射任务，因为随着碎片之间的级联效应不断加剧，整个轨道碎片的数量还是会继续增长。另外我们也越来越依赖于上方不断增加的卫星群。它们不仅对科学来说是无价的，对于通讯，导航，天气预报等等生活应用也做出了很大的贡献。因此，我们只有一个办法，那就是可以主动清除太空碎片，而不仅仅是观察预测太空碎片的轨道，然后让卫星避开。

在清除太空碎片方面，科学家们有很多不同的方法，我们会从现实出发，来看科学家们的“清理艺术”。首先我们将要看到的是一个在2024年开始执行的任务ClearSpace-1，ClearSpace-1是一个很有趣的任务。该任务由欧洲宇航局资助，欧洲宇航局与一家初创公司合作，目的是帮助建立一个新的航天市场，进行轨道卫星维修以及太空碎片的清除任务。

ClearSpace-1任务的目标是乘坐Vega火箭进入轨道，然后其自身携带的定位系统和太空碎片数据库会让ClearSpace航天器寻找到距离最近的太空碎片。接近太空碎片后，欧洲宇航局会像ClearSpace航天器发送指令，使用其四个机械臂结构“抱住”太空碎片，之后ClearSpace会跟随太空碎片一起进入大气层，一起被烧毁。
  
在未来几年中，卫星的数量将增加一个数量级，多个巨型互联网卫星阵列将会在地球的不同轨道上运行，这些卫星不仅会处于危险之中，而且这些卫星也会成为一个危险。很明显，需要更多太空碎片清理计划才能保持轨道的整洁。

除了拥抱太空碎片同生死的ClearSpace-1航天器之外，英国的科学家们也想到了一个帮助太空碎片重入大气层的方法。科学家们已经用航天器发射了两颗模拟太空碎片，之后航天器会发射一种网结构的航天器捕获太空碎片，捕获太空碎片之后，这颗卫星会发射一种结构，推动改变模拟太空碎片的轨道并重入大气层。这是一颗名为RemoveDEBRIS的航天器，这颗卫星和ClearSpace一样，也拥有推进系统。

其实单纯使用网结构也可以帮助太空碎片降低行进速度，减少它的威胁性，但是为了解决根本问题，科学家们改变了原来只捕获不重入大气的计划。虽然未来ClearSpace可以更加小型化，节约成本，但是其实RemoveDEBRIS的这种网或者助推结构的成本是较低的，成本低廉也会帮助该计划早日大规模使用。
  
我们看到的这两种方案其实都已经经过了测试，看起来很简单，但是实际上这些清洁工卫星是麻雀虽小，五脏俱全。未来RemoveDEBRIS系统会在距地球300公里以上的地方工作，它的第一个任务将着手捕获一颗小卫星。RemoveDEBRIS具有深度视觉摄像头，这颗摄像头可以捕获高速物体，还可以以更快速度绘制太空碎片的模型并传回地球，它还可以在0.3秒的时间内发射网结构。

如果进一步测试同样成功，那么RemoveDEBRIS和ClearSpace将成为未来非常有前景的太空碎片清理任务之一。现在太空 探索 的主要服务覆盖面还是不够广，目前只有发射业务，载人航天业务和互联网卫星架设等几个。未来会有更多的负责清理太空碎片的卫星进入太空执行任务，清理太空碎片在未来也许会成为太空 探索 领域的主营服务之一。
  
展望未来，随着科学技术的不断发展，会有更多的轨道清理技术出现，比如基于激光卫星的太空碎片清理技术。激光卫星可以利用其自带的推进引擎，在靠近太空碎片的时候使用激光直接融毁太空碎片。激光卫星与武装军事卫星是不一样的，在激光的参数方面会有严格限制，在观察高速物体方面也会有差距，而且激光卫星也不会有类似热成像的功能。

未来的太空任务会越来越多，随着太空发射任务越来越频繁，一些太空公司也注意到了太空碎片的问题。所以一些公司的卫星会配备额外的推进引擎，平时这些引擎是不会工作的，但是等到卫星寿终正寝之后，单独的电源管理系统就会运作，帮助霍尔引擎加速卫星重入大气层进行自毁操作。
  
主动消除太空碎片是未来的趋势，但是一些企业的责任心更重要，地球轨道其实也可以被当做地球的一部分，污染了轨道就是污染了地球。未来太空企业的责任心可以帮助太空碎片清理公司着眼更长远的未来，他们不用为地球轨道担心，而是需要为火星轨道碎片担心。我突然想到了卡西尼号土星探测器，卡西尼号土星探测器在任务结束后向土星大气坠落，被销毁在了土星的大气层中。这是因为航天器上可能携带的生命会污染土星轨道，也是为了土星轨道的整洁。
  
科学的进步与发展，更需要的是人类的责任心与长远目光。