科幻世界2019.11 - (EPUB全文下载)
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挡住月亮的六便士——太空垃圾那些事
文/乔小帮主2019年7月1日，上海正式实施立法城市生活垃圾分类，原因在于生活垃圾“给资源环境和经济社会可持续发展带来较大压力”。上海并非国内第一个立法实施生活垃圾分类的城市，也绝非最后一个，足见生活垃圾问题的严重性。目前，全国有三分之一以上的城市有垃圾“围城”的困扰。脚踏大地，仰望星空，在地球轨道上，还有无数的垃圾围绕着我们不停地旋转。这些太空垃圾距离我们太过遥远，所以鲜有关注。但它们也对太空环境和人类太空活动的可持续发展带来极大压力，甚至比生活垃圾危害更大。今天，就让我们聊一聊太空垃圾的那些事。垃圾围星1957年10月4日，苏联发射第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号起，地球轨道便不再宁静。迄今为止，世界各国一共执行了超过5000次发射任务，发生了200余次在轨航天器或火箭载体爆炸/撞击事故，产生的太空垃圾不可计数，尽管大部分已落入大气层燃烧殆尽，但目前仍有数千吨围绕地球飞行，而且每年还以2%～5%的速度递增。2009年，在轨的1.9万个大型物体中（含约4000颗人造卫星），只有902颗是运行中的人造卫星，这意味着90%以上都是太空垃圾。据NASA统计，截至2019年1月，尺寸小于1厘米的微小碎片约有1.28亿块，介于1～10厘米之间的中型碎片约有90万块，而大于10厘米的大型碎片则有3.4万块之多。从空间分布上来看，在低于2000千米的近地轨道，由于空气阻力和地球引力扰动较为明显，存在大碎片的概率很低，大多数太空碎片是来自固体火箭发动机的尘埃、表面涂层脱落的碎片，以及核动力卫星的冷却剂，等等。在更高的轨道上，尺寸更大的太空垃圾较多，轨道衰变的时间也更长。比如很多通信卫星位于距地面3.6万千米、垂直于赤道的地球静止轨道。尽管速度相对更低，但当卫星废弃时，还是会占用地球同步轨道。太空垃圾的分类按照目前热门的城市垃圾分类方法，太空垃圾统统属于“有害垃圾”。而根据来源，太空垃圾主要分为以下几类。1反卫星武器的“战绩”20世纪中叶，美苏争霸，美国提出所谓的太空战争。在此背景下，苏联和美国进行了多场太空站演练。在这期间，仅苏联就进行过多次卫星拦截、爆炸试验，给太空带来数百块大小不等的碎片。20世纪80年代，美国又重启了该计划。在1985年的一次试验中，摧毁了一颗在525千米高度运行的1吨重的卫星，产生了数千个大于1厘米的碎片。比较大的事件还有：2008年2月20日，美国发射了一枚SM-3导弹，以摧毁一颗有缺陷的间谍卫星，由此产生的碎片散落在近地点250千米或更低的轨道上。2019年3月27日，印度用地面导弹击落了一颗近地轨道卫星。随后，美国空军太空司令部表示，他们正在跟踪由此产生的270块碎片，但预计碎片的数量远不止于此。2宇航员丢失/丢弃的设备宇航员在空间站工作时，由于没有重力影响，物体全部处于漂浮状态，稍有不慎就可能导致一些物体失去控制进入太空之中。耶鲁大学统计学家爱德华·塔夫特在著作《想象信息》（Envisioning Information，1990）中指出，此类太空垃圾包括：美国宇航员爱德·怀特在太空行走任务中丢失的一只手套，美国宇航员迈克尔·科林在双子星10号飞船附近丢失的相机，国际空间站第一次航天飞机任务STS-88期间丢失的一条毛毯，苏联宇航员在和平号空间站使用期间丢弃的生活垃圾、一支扳手和一支牙刷，宇航员苏妮塔·威廉姆斯在执行前往国际空间站任务STS-116时丢失的相机，海德玛莉·斯蒂法妮斯海恩-派珀在STS-126任务期间丢失的一个公文包大小的工具包。3已报废的航天器废弃的航天器进入大气层烧毁是一个十分漫长的过程。一般来说，距地面300千米的太空垃圾寿命约为1年，600千米时则为数十年，1000千米以上就能存续上百年，到了4000千米往上，太空垃圾可以存在上千年，甚至永久存在。在轨时间最久的太空垃圾来自美国。1958年，美国将人类第一颗太阳能驱动的人造卫星——前锋1号（Vanguard Ⅰ）发射到中地球轨道，1964年，该卫星停止发送信号，至今仍在那里漂浮。另一个报废的卫星的例子，是二十世纪七八十年代苏联海洋雷达侦察卫星RORSAT的遗骸。该卫星被用来监视美国核潜艇在各大洋上的行踪，其BES-5核反应堆是用钠钾合金的冷却环路来回收冷却的。当卫星寿命终止时，就产生了一些潜在问题：一方面，在50年内，冷却剂有8%的概率会泄漏，泄漏后即会冻结成固体钠钾合金微粒，成为太空垃圾碎片；另一方面，数百年后卫星坠入地球，也会造成核污染。更近的还有2015年2月，美国空军的一颗用于气象研究的军用卫星DMSP-F13，由于电力系统温度急剧上升而突然在轨道上爆炸，产生了至少149个碎片，预计将在轨道上残留数十年。可以肯定是，这类事件还将持续发生。贻害无穷残留于地球轨道上的太空垃圾如此之多，很难不担心它们酿成更大的事故。太空垃圾的飞行速度约为7.8千米/秒，如果与航天器撞击，质量轻的可能只是留下撞击的凹痕；质量重的则可能穿透航天器，造成部分系统失灵，甚至会使航天器脱轨。为了研究太空中的微流星体和垃圾碎片对航天器造成的伤害，1984年4月挑战者号航天飞机将圆柱形“长期暴露装置”释放到近地轨道，到1990年1月被回收后，其表面仅肉眼可见的撞击凹痕就超过3.2万个，相当于每天被撞击15次。对于太空垃圾的危害，美国科学家唐纳德·凯斯勒曾于1978年提出理论假设，即凯斯勒 ............
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