德太空望遠鏡將墜地 太空垃圾如何處理成難題
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- 時間:2011/10/11 10:04:49 來源:網易探索
核心提示：在設計和制造航天器時，設計師應盡量少采用最后脫離母體的部件。科學家則應改善追蹤手段，更準確預測廢棄衛星的墜落時間。實際上，如果衛星仍有燃料和電力，科學家可以在海洋為其尋找一個安全墜落點，但通常的情況卻是既無燃料，也無電力。
藝術概念圖，展現了德國的ROSAT太空望遠鏡。
網易探索10月11日報道 54年前，蘇聯發射了人類歷史上的第一顆人造衛星“斯普特尼克一號”，半個多世紀之后，宇航員進入近地太空已經變得司空見怪。在太空探索的征途中，我們取得了一系列成就，但同時也制造了大量太空垃圾。它們的存在以及如何處理成為一個老大難問題。
每次發射航天器都會制造大量垃圾，例如螺栓、推進器、連接環和絕緣材料。根據美國宇航局、北美航空航天防御司令部、美國聯邦通信委員會以及美國其他機構和國際機構提供的統計數據，盤旋在地球上空的太空垃圾數量驚人，10厘米以上的太空垃圾達到1.7萬個，2.5到7.5厘米的太空垃圾達到20萬個，2.5厘米以下的太空垃圾更是達到數百萬之多。
在個頭最大的太空垃圾中，很多垃圾的尺寸都遠遠超過10厘米，例如老化和廢棄的衛星，其中一些的體積與校車相當，重量達到數噸，像廢棄的游艇一樣在太空中游蕩。9月末，宇航局1991年發射的一顆重6噸的衛星墜落地球，最后安全落入南太平洋。在此之前，這顆衛星一度讓很多科學家神經過敏，他們密切關注衛星的軌道，試圖確定何時墜落以及具體墜落地點。
幾天前，德國航天局宣布2.5噸重的太空望遠鏡ROSAT將在10月末或者11月初墜落地球，墜落地點仍是一個未知數。8月，俄羅斯的“聯盟”號飛船——美國宇航局唯一可以乘坐的太空出租車——助推器發生故障，引發很多人討論是否應該廢棄國際空間站，讓這個109米長的太空實驗室墜落地球。借助自身攜帶的助推器實現平衡和提升軌道，空間站不可能在近期內墜地，相比之下，其他太空垃圾如果不發生相撞，最終都將墜落地球。
2009年，美國和俄羅斯的兩顆退役衛星發生相撞，如果衛星上有人，必遭受滅頂之災。巨大的碎片帶似乎讓類似事故變得不可避免，但根據《時代》雜志的報道，在2009年相撞事故之后，這種風險已經降至最低，原因在于：所有在軌物體都處于同一高度并且以同樣的速度移動，即每小時28200公里。也就是說，它們相對靜止不動。
為了縮小太空中兩個物體之間的距離，就必須改變相對速度。以“聯盟”號飛船和空間站為例，“聯盟”號需要利用推進器加速，速度的提升不能對空間站構成威脅，同時能夠順利與空間站對接。如果這兩個物體均改變軌道，一個降低軌道（需要減速），另一個提升軌道（需要加速），問題就會出現。這就相當于高速路上的汽車并道，結果可能是一團糟。
更為嚴重的是，如果兩個物體在不同的軌道面飛行或者與赤道呈傾角，便會發生相撞。美國發射的航天器大部分傾斜28.5度，以確保航天器飛越美國大陸塊。俄羅斯航天器大部分選擇51.6度。2009年的事故告訴我們兩個軌道面交叉究竟會發生什么。
追蹤大塊太空垃圾相對較為容易，追蹤小到只有沙粒大小的太空垃圾則面臨很大挑戰。它們在飛行過程中能量不斷提高，與個頭不成比例，能夠對在軌航天器帶來傷害，例如空間站。空間站由一個個密封艙構成的主要原因在于：這是將所有部件送入軌道的最簡單途徑。如果高速飛行的顆粒穿透一個節點艙的外殼，致使壓力減少，其他節點艙可以充當宇航員撤離后棲身的避難室。
我們無需為大大小小的太空垃圾過分擔憂，因為在穿越地球大氣層過程中，絕大多數碎片在墜地前就已經化為灰燼。但如果個頭太大，航天器在穿越大氣層時并不會完全燃燒殆盡。1979年7月，宇航局太空實驗室的大塊碎片便穿過大氣層并最終墜入澳大利亞內陸地區。此外，航天器的部分組件具有較高的耐火性，能夠在重返大氣層過程中幸存。以德國ROSAT為例，這架太空望遠鏡采用厚重的耐熱玻璃和陶瓷制造反射鏡，預計將有大約30塊不同大小的玻璃和陶瓷碎片墜地。
地面上的人被ROSAT碎片擊中的幾率很少，只有大約1/2000，相比之下，最后落入太平洋的美國衛星的幾率為1/3200。解決太空垃圾問題的手段并不多。在設計和制造航天器時，設計師應盡量少采用最后脫離母體的部件。科學家則應改善追蹤手段，更準確預測廢棄衛星的墜落時間。實際上，如果衛星仍有燃料和電力，科學家可以在海洋為其尋找一個安全墜落點，但通常的情況卻是既無燃料，也無電力。
