科學(xué)家提出激光清掃太空廢物
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- 發(fā)布時間： 2014年04月21日
在一次次“近身肉搏”中，太空作業(yè)越來越無能為力了—— 日前，國際空間站進(jìn)步軌道，以逃避一塊俄羅斯磁環(huán)氣象衛(wèi)星的碎片；也是在差不多的時間，空間站再度點著推進(jìn)器，移動了大約0.8公里，以避免被歐洲的亞利安火箭碎片擊中。自空間站1998年進(jìn)入軌道以
在一次次“近身肉搏”中，太空作業(yè)越來越無能為力了——
日前，國際空間站進(jìn)步軌道，以逃避一塊俄羅斯磁環(huán)氣象衛(wèi)星的碎片；也是在差不多的時間，空間站再度點著推進(jìn)器，移動了大約0.8公里， 以避免被歐洲的亞利安火箭碎片擊中。自空間站1998年進(jìn)入軌道以來，現(xiàn)已不下幾十次為了閃避太空廢物而移動，而邇來兩次“挪窩”的頻率，如同不那么妙。
而科學(xué)界帶來的最新消息，并不那么振奮人心——
邇來，澳大利亞一組科學(xué)家宣科峰磁業(yè)稱正在研討從地球發(fā)射激光，來分解繞著地球旋轉(zhuǎn)的太空廢物，這項工程將在10年內(nèi)完成運(yùn)作。這是自多年前科學(xué)家提出這一理論以來，初次給出了可實習(xí)操作的時間表。
只是，還要等10年。關(guān)于空間碎片總數(shù)超4000萬個，每年至少新增200多個碎片的太空而言，這個無量的廢物場需要科學(xué)界拿出更快更有用的處理方案。
地上追尋太空廢物
從地上發(fā)射激光，來分解太空廢物。邇來，澳大抗干擾磁環(huán)利亞政府宣告，將拿出2000萬美元用于協(xié)作研討，用激光對太空廢物進(jìn)行定位、跟蹤結(jié)束移除。研討團(tuán)隊將整合政府、學(xué)術(shù)界及航空業(yè)界多方力量，估計總投入需要9000萬美元。
“這選用的是一種地基激光根除空間碎片的方法。”浙江大學(xué)航空航天學(xué)院副教授陳麗華通知本報記者，它是將激光站安置在地上，激光束 通過大氣傳輸，效果在空間碎片表面，表面燒蝕反噴獲得速度增量，降低正本軌道速度，改動碎片軌道近地點高度，“當(dāng)近地點高度低于150公里時，碎片很快墜 入大氣層中，在氣動阻力效果下敏捷焚毀。”
事實上，選用激光抵御太空廢物的主見，不是第一次提出來，不過這一次將這一概念向?qū)嵙?xí)推進(jìn)了一大步。“從前，科學(xué)家也提出過建天基站，直接將激光站建到外層空間，這樣能夠避免激光在大氣傳輸時能量遭到衰減。不過，它的本錢很高而且維護(hù)很困難。”陳麗華認(rèn)為。
“當(dāng)時，全球科學(xué)家更多傾向于地基激光方法，格外以美國航天局的ORION方案最具代表性。”陳麗華說，建天基站，一旦稍微方案失 誤，就會變成新的太空廢物；而地基站從捕獲、跟蹤到根除碎片，每次操作過程只需要幾分鐘的時間，它甚至能夠整理公分級碎片，更為重要的是當(dāng)時激光器和有關(guān) 技術(shù)發(fā)展已具有技術(shù)上可行性。
據(jù)了解，澳大利亞正與美國航空航天局協(xié)作，用太空望遠(yuǎn)鏡追尋太空廢物。根據(jù)方案，科學(xué)家將先推出跟蹤設(shè)備，以避免太空廢物相撞發(fā)作更多廢物。
數(shù)量已達(dá)“臨界點”
美國宇航局一項最新陳說閃現(xiàn)，地球周圍的太空廢物數(shù)量現(xiàn)已抵達(dá)“臨界點”。
當(dāng)時，科學(xué)家能夠跟蹤監(jiān)測的大型太空碎片就有2.2萬塊，此外還有許多的小型碎片無法被我們跟蹤監(jiān)測。科學(xué)家們一向擔(dān)憂人造衛(wèi)星撞到無量太空廢物的可能性，一旦人造衛(wèi)星遭到損壞，電視信號、天氣預(yù)報、全球定位導(dǎo)航以及國際電話都將遭到嚴(yán)重影響。
“以10克碎片為例，它的翱翔速度可抵達(dá)每秒10公里，相當(dāng)于轎車以每小時80公里速度跋涉的動能。”陳麗華說。跟著人類航天活動的不斷增加，空間碎片會沿著原航天器鄰近的軌道翱翔，最高可抵達(dá)每秒13公里。
格外在800公里至1200公里的軌道高度，碎片分布密度最大，對空間站、飛船和衛(wèi)星形成嚴(yán)重要挾。而根據(jù)軌道的不一樣，碎片會待在軌道上幾十年，甚至幾個世紀(jì)。
“1公分至10公重量級空間碎片潛在要挾最大。”陳麗華認(rèn)為，這一量級的空間碎片數(shù)量最大，勘探較為困難，且碰擊動能較大，方案防護(hù)困難，只能選用根除方法，通過較小經(jīng)濟(jì)價值，消除其對低軌空間航天器的碰擊風(fēng)險。
看到這兒，你可能會獵奇國際空間站是如何閃避邇來一月的兩次碰擊風(fēng)險。據(jù)陳麗華介紹，應(yīng)對標(biāo)準(zhǔn)小、碰擊動能小且逃避困難的1公重量 級碎片，方案之初，一般空間翱翔器都會在表面增加方案防護(hù)層；而關(guān)于超越10公分的碎片，根本靠“躲”——由于其數(shù)量少，科學(xué)家通過雷達(dá)勘探，對其進(jìn)行編 號，通過操控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)動逃避。
多種方案破解碎片
究竟，躲閃不是長久之計。100年后，近地軌道或許無法用了。除非人類進(jìn)入太空，活潑整理空間碎片。
跟著人類航天活動的日漸增多，科學(xué)家們更擔(dān)憂的是“凱斯勒癥候群”預(yù)言成真。早在1978年，美國科學(xué)家唐納德·K·凱斯勒便提出 一種理論假定，即當(dāng)近地軌道作業(yè)的物體密度抵達(dá)一定程度時，這些物體磕碰后發(fā)作的碎片能夠構(gòu)成更多的新碰擊，構(gòu)成級聯(lián)效應(yīng)，致使近地軌道結(jié)束將被太空廢物 所掩蓋，太空探求將會被迫間斷。
試想一下，這些太空廢物以每秒10公里至13公里的速度翱翔，它們蘊(yùn)藏著無量的動能：一塊10克重的太空廢物撞上衛(wèi)星，衛(wèi)星會在1.5秒內(nèi)被打穿或被直接擊毀。而且每一次太空廢物的彼此磕碰不會彼此湮滅，而會發(fā)作更多的碎片，再次增加太空廢物的數(shù)量。
“總的來說，在低軌道區(qū)域，當(dāng)時對太空碎片的整體處理方案是，小碎片實施激光束處置根除，對中等碎片進(jìn)行“撒漁網(wǎng)”根除，對大碎片 進(jìn)行機(jī)械手臂式的拉拽根除。”陳麗華說，根據(jù)太空法規(guī)矩，各國需要主動為航空器設(shè)備自毀系統(tǒng)，衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)壽數(shù)完畢后，這種系統(tǒng)將衛(wèi)星推入大氣層進(jìn)行燃燒焚 毀，避免發(fā)作新的大標(biāo)準(zhǔn)廢物，但履行效果并不好。
相比起激光掃帚，其他方法也正在不斷探求中。一種是選用更清洗的 發(fā)射和方案標(biāo)準(zhǔn)，比如束縛爆炸螺栓的運(yùn)用，以減少進(jìn)入近地軌道的廢物數(shù)量，一些商業(yè)公司和太空組織在這方面現(xiàn)已獲得發(fā)展；部分國家則出資研制能判定太空垃 圾方位的系統(tǒng)，比如“太空籬笆”，大大進(jìn)步了辨認(rèn)更多更小碎片的精準(zhǔn)度；還有一些更天馬行空的主見，比如磁網(wǎng)捕捉、軌道轉(zhuǎn)移器等，將太空廢物大面積轉(zhuǎn)移。 就像科學(xué)家們劇烈地談?wù)撊蜃兣犉饋硎遣皇怯悬c杞人憂天？丟廢物老是不需要本錢。可價值呢，老是后知后覺。