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《遗祸人类的太空垃圾》
太空垃圾的危害
徐文倩    来源社团:山东大学科普协会
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1、增加了宇宙垃圾

当人造卫星寿终正寝时,其残骸和碎片将充斥天空。已知数量已达15000多个,形成无法扫除的太空垃圾,对于正在运行的卫星构成潜在的危害。

如1981年7月,苏联宇宙1275号卫星,在发射后被一个横冲直撞的金属块击中被分裂成百余块碎片。

1983年,美国航天飞机“挑战者”号与一块直径0.2毫米的涂料剥离物相撞,导致舷窗被损,只好停止飞行。前苏联的“礼炮—7”号轨道站也多次被此类“尘埃”损坏。1986年,“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸,成为564块10 厘米大小的残骸和2300块小碎片,这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星“命赴黄泉”!1991年9月15日,美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞,当时“发现者”号与这个“不速之客”仅仅相距2.74千米,幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号,它才免于丧生。据计算,目前太空轨道上每个飞行物发生灾难性碰撞事件的几率为3.7%,发生非灾难性撞击事件的可能性为20%。以此计算,今后将每5~10年可能发生一次太空垃圾与航天器相撞事件,到2020年将达到2年一次。

NASA(美国国家航空航天局)忧心忡忡地公布:2005年1月17日,南极上空885公里,发生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一块31年前发射的,美国雷神火箭推进器遗弃物,与中国6年前发射的长征四号火箭CZ-4碎片相撞。这是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。

最早提出“太空垃圾”概念的是防空部队的值班人员,因为监控宇宙空间的部门每天要监视5万多个物体,太空垃圾常令他们迷惑。16年前,加拿大某气象台宣布,发现了英仙星座附近有星体爆炸。后来才弄清楚,这不过是一颗废弃人造卫星在太阳光反射下造成的效果。另据俄报载,1987年,曾发生过因连接器拧不紧,“量子”舱无法同“和平”号对接的情况。当时,经验丰富的地面控制中心认为,舱外肯定有物质干扰对接,于是派一个考察组上去检查,结果发现那里有一个金属残片。这样不仅仅消耗了人力资源,还浪费了大量金钱去检查故障。

20世纪60年代以前,没人听说过太空坠落物,但是自1973年以来,每年有数百块太空垃圾坠落地球。但由于其在经过大气层与空气产生的急剧摩擦使得这些垃圾在未通过大气层时就自我燃烧殆尽,在大气层的保护下就自我毁灭了。万幸的是,迄今没有大型的太空垃圾坠向地球,因此也尚未伤人。

美国东部时间2009年2月10日上午11时55分(北京时间2月11日晚0时55分),美国和俄罗斯的两颗通信卫星在太空相撞并产生大量太空垃圾,这极有可能会对国际空间站构成威胁。

美国宇航局(NASA)表示,他们还需要数周时间来判断此次事故带来的破坏程度,目前只是在对约500块体积较大的碎片进行跟踪。

根据其通报,这次卫星相撞发生地点位于西伯利亚上空790公里,两颗相撞的卫星分别是美国1997年发射的一颗铱星,以及俄罗斯1993年发射的一颗卫星。前者是铱星公司运行中的66颗通讯卫星之一,后者则是一颗报废的俄罗斯卫星。这也是人类历史上首次发生卫星相撞事故。

产生的太空垃圾多集中在轨道高度小于2000千米的低轨道上,并形成垃圾带,由于其衰减受到太阳活动和大气层的影响,所以随着太阳活动的进一步增加,越来越多的垃圾将会进入低轨道,经过了国际空间站的轨道,最后进入大气层销毁或者是坠落到地面上。

2、卫星坠落,也会造成意外的人身伤害。

自上世纪50年代开始进军宇宙以来,人类已经发射了4千多次航天运载火箭。据不完全统计,太空中现有直径大于10厘米的碎片9千多个,大于1.2厘米的有数十万个,而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒可能数以百万计。

不要小看这些太空垃圾,由于飞行速度极快(6~7公里/秒),它们都蕴藏着巨大的杀伤力,一块10克重的太空垃圾撞上卫星,相当于两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞——卫星会在瞬间被打穿或击毁!试想,如果撞上的是载人宇宙飞船……

而且人类对太空垃圾的飞行轨道无法控制,只能粗略地预测。这些垃圾就像高速公路上那些无人驾驶,随意乱开的汽车一样,你不知道它什么时候刹车,什么时候变线。它们是宇宙交通事故最大的潜在“肇事者”,对于宇航员和飞行器来说都是巨大的威胁。

1987年9月,瑞典一位77岁老人柏森在林中,伐树时被从天而降的一块卫星碎片击中手臂,成为世界上第一个被太空垃圾击中的不幸者,同时坠落的核卫星还会导致局部地区环境的严重污染。一般坠落到地面的核卫星放射性总计量约为19000到23000居里,已超过国际允许的标准,严重后果可想而知。

航天大国,美国就先后三次发生卫星坠落事件。幸好是落入大海。核装置部件未被损坏而及时收回,才没有造成多大的危害。

另一个航天大国苏联却没有这么幸运。1977年9月18日,发射的宇宙954号核动力卫星在轨道上运行三个月后失去控制,坠落在加拿大西北部约6000平方公里的冻土地带。放射剂量严重超过国际标准,造成大面积污染。

为了减少损失和查明灾情有美国,苏联,加拿大三国组成的搜寻队已经一年的时间搜寻碎片。耗资600万美元,事情到此并未了结,加拿大诉诸国际法庭,苏联败诉,像加拿大赔款300万美元。

时隔十年,又有一颗卫星坠落引起了许多国家的不安,这颗苏联海洋核动力侦察卫星,于1988年10月底坠落地球。卫星上装有大功率的雷达,用于探测全球的水面船只及核潜艇活动。按原设计,当该卫星燃料耗尽时,由地面发出指令,将其一分为三,在重返大气层时,因热力摩擦而烧毁器和反应堆即可推送至800km以上的轨道。用自毁装置将其炸毁,但是这颗卫星的上述两个功能都有损坏,完全失去控制。苏联宣布,这颗卫星与地面控制中心失去联系,尤其是它的核反应堆已无法按既定程序与卫星主体分离,很可能造成整体坠落事故,各国对此惊恐万分,纷纷采取应急措施。英国国防部采取一切手段,严密监视跟踪卫星,美国航天局昼夜24小时。监视该卫星的运行,法国专门设置了总统直接领导的机构。一旦该卫星落入法国领土就立即行动,50架直升机随时待命。更令人担忧的是卫星具体掉在何处,只有在其绕地球最后几圈时才能确定,人们只能提心吊胆的密切注视着事态的发展,幸而该卫星在印度洋上空烧毁,核动力装置升入720公里的轨道继续运行。

3.那些年从天而降的太空碎片

(1)俄罗斯Zenit-3火箭油箱

一名徒步旅行者在美国科罗拉多州西北部一个坑中发现一个球形物体,摸上去仍是温的。根据不久前公布的一份轨道碎片报告,这名旅行者随即给军方航空航天官员打电话,官员们建议他联系当地警察局。最后,这名旅行者找到了美国宇航局负责跟踪太空垃圾的办公室。经过分析,这个球形物体是1月发射升空的俄罗斯Zenit-3火箭的油箱。值得一提的是,美国发现的这种太空垃圾并不多。

(2)美国德尔塔Ⅱ火箭组件

1997年1月,俄克拉荷马州的一名妇女夜晚外出时发现空中出现一条光带,随后感觉到肩膀被什么东西轻拂。事后证明,这块太空垃圾是1996年发射的美国德尔塔Ⅱ火箭的组件。幸运的是,这名妇女并未受伤。宇航局报告称,大约同一时间,德尔塔Ⅱ火箭一个重580磅(约合260公斤)的油箱坠落德克萨斯州,险些击中一座有人居住的农舍。

(3)前苏联“礼炮7号”空间站

在“礼炮7号”空间站脱离轨道向下移动时,前苏联工程师试图控制空间站坠毁大西洋。他们的努力最终化为泡影,8.8万吨(约合3.9916万公斤)的空间站——人类历史上制造的最大的人造天体之一——的碎片坠落阿根廷,当地居民目睹了发光的碎片划过天际的景象,所幸没有人受伤。

(4)欧洲阿里安5火箭组件

2000年,海滨流浪汉在德克萨斯州柯柏斯-克里斯蒂海岸发现了一个神秘物体。事后证明,这个物体是欧洲阿里安5火箭的前端组件。当时,发现者希望将其改造成一个热水浴缸。宇航局的约翰逊说:“我们最终让他相信,那并不是一个好主意。”

4.威胁宇航员安全

电影作品《地心引力》(第七章还会提到)中,宇航员主人公们就因为太空碎片而遇险。

深邃浩瀚的外层空间,蔚蓝的地球与深不见底、漆黑一片的宇宙形成鲜明对比。一台隶属美国的空间站,数名宇航人员正进行太空漫步,对所属卫星做着例行检查。初上太空的瑞安·斯通博士(桑德拉·布洛克 Sandra Bullock 饰)在经验丰富的宇航员麦特·科沃斯基(乔治·克鲁尼 George Clooney 饰)的协助下,有条不紊地检查每一个部件。此次是科沃斯基退休前的最后一次飞行,他幽默风趣地活跃着团队的氛围。就在此时,休士顿总部传来骇人消息,不久前行将废弃俄罗斯卫星被导弹击毁,碎片以超过子弹的速度在地球轨道上散开,并意外击中其他卫星,引起连锁反应制造了新的碎片。 瑞安一行遭到碎片重创,有的同伴不幸身亡,而她和科沃斯基失去控制坠入宇宙深处。幸存的二人不得不彼此信赖,拼尽全力朝向故土前进。漂浮在外、毫无凭借力的两名航天员想方设法地回到地球,他们遭遇了重重险情,麦特为了瑞安自我牺牲,让瑞安登上了废弃的国际空间站,并凭此再借力靠近中国的天宫空间站,期间的各种故障让瑞安近乎绝望,但凭借着濒死前看到麦特的幻象,她振作起来,找到方法登上了天宫一号,并最终返回地球。

这虽然只是一部电影,但是却引人深思,太空垃圾的危险性可以从这部电影中窥见一斑。如果不能及时的处理好太空垃圾问题,抵制太空战,那么宇航员将陷入更加危险的境地。

5.国际局势动荡不安

针对太空垃圾问题, 尽管国际社会提出了“缓解碎片指南”和太空交通规则,但是仍然有的国家不会尊重与遵守,因为这对许多发展中国家存在不公平现象。《禁止在大气层、外层空间和水下进行核武器试验条约》(简称《部分禁止核试验条约》)。1963年的《部分禁止核试验条约》是第一个涉及空间环境保护的条约。该条约第一条规定,禁止在大气层、外层空间和水下进行核爆炸。该条约对核试验未全面禁止,缔约后两个核大国进行地下技试验的饮数仍有增无成,但防止了将核辐射扩展到包括大气层和外层空间在内的整个空间。我国虽未参加该条约,但中国已庄严声明:“我们多年未进行大气层核试验,今后也将不再进行大气层技试验”。但是对于一些还没有进入太空的国家来说,他们只能通过一次次试验的方式进入太空,而这个过程将不可避免的产生一些太空碎片。如果按照公约的要求,他们将不被允许发射卫星,这就剥夺了他们探索太空的权利。这就会引起这些国家的不满,甚至有可能发射卫星进入太空企图干扰其他正常运行的卫星。既然他们国家不能拥有的也不能让别的国家拥有的情况也有可能会发生,这就加剧了太空环境与安全的严峻局势。

6、造成太空核污染

随着一些人造天体的碰撞与破裂,其内部的核燃料就会释放进入太空,造成严重的太空核污染,甚至有可能悬浮在大气层中,向地球进行辐射。

早在2001年,米尔顿-凯恩斯Open大学的研究人员就发布消息称,有新的证据表明,地球周围的宇宙空间现在已被大量的核粒子污染。

  Open大学的约翰-扎尼奇(John Zarnecki )声称,根据已经掌握的证据,悬浮在地球轨道上的任何物体只要停留时间超过一个星期就会遭到宇宙碎片粒子的撞击。科研人员们已经在“和平号”轨道空间站上找到了新的证据支持这种说法,他们在“和平号”轨道空间站上的一个仪器表面发现了微小的铀斑点。这些铀斑点的来源极其有可能是六十年代进行的太空核试验残留下来的或者是地球卫星的能源系统产生的。

除了太空垃圾,太空核污染将在不久的未来成为困扰人类的又一大问题。


-完-
我要评论
飞天 2018-01-08 13:31
哇,这篇文章写得有深度。中国准备建立天宫一号空间站,神八神九神十进行空间对接探索,2020以后建立空间站,对于月球在2020年完成嫦娥工程三期后载人登月将会成为第四期工程,对于火星,萤火一号已经发射,太空发展前景令人向往,对空间环境和深空探测越来越引起人们的关注。向文章的作者点赞!
笑笑 2018-01-06 17:02
这篇写得真棒,真给力,个人适合读这类风格的作品,清晰、详细且切中要害,垃圾的终极处理办法是弹射到深空么,是回收呢?一时间问题集结于此……
科普作品
遗祸人类的太空垃圾
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评委点评 评语汇总

太空垃圾不是一个新话题,在时效性、创新性上有欠缺,但作品表述在科学性上没有明显瑕疵,文字总体通畅。如果能在文章最后部分加一段作者表明写作此文的旨意的总结性的话,则文章的立意会高一点。

2018-01-04 19:30 江世亮 ——

写得非常专业,真的难以想象一位青年有如此广博的知识、宽广的视野!作者对什么是太空垃圾、太空垃圾如何产生、如何处理、如何减少投放等问题娓娓道来,逻辑性强,结构严谨,通俗易懂,是一篇科普佳作。

2018-01-04 21:22 匿名 ——

看得出来作者搜集了很多素材资料,应该花了不少功夫。读完虽然能收获不少,但总觉得缺少一些核心的思想表达,有些缺憾。

2018-01-09 17:34 匿名 ——

非常标准的一篇科普文章,把太空垃圾的产生、危害、应对方式和一些趣闻都囊括了进来。读起来非常流畅。美中不足文中的资料数据略显陈旧,都是2013年之前的数据和故事(包括电影《太空救援》)。

2018-01-24 17:32 匿名 ——

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