科學(xué)家提出激光清掃太空廢物
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- 發(fā)布時(shí)間： 2014年04月21日
在一次次“近身肉搏”中，太空作業(yè)越來(lái)越無(wú)能為力了—— 日前，國(guó)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(shí)間，空間站再度點(diǎn)著推進(jìn)器，移動(dòng)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(lái)越無(wú)能為力了——
日前，國(guó)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(shí)間，空間站再度點(diǎn)著推進(jìn)器，移動(dòng)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(lái)，現(xiàn)已不下幾十次為了閃避太空廢物而移動(dòng)，而邇來(lái)兩次“挪窩”的頻率，如同不那么妙。
而科學(xué)界帶來(lái)的最新消息，并不那么振奮人心——
邇來(lái)，澳大利亞一組科學(xué)家宣科峰磁業(yè)稱(chēng)正在研討從地球發(fā)射激光，來(lái)分解繞著地球旋轉(zhuǎn)的太空廢物，這項(xiàng)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(lái)，初次給出了可實(shí)習(xí)操作的時(shí)間表。
只是，還要等10年。關(guān)于空間碎片總數(shù)超4000萬(wàn)個(gè)，每年至少新增200多個(gè)碎片的太空而言，這個(gè)無(wú)量的廢物場(chǎng)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(lái)分解太空廢物。邇來(lái)，澳大抗干擾磁環(huán)利亞政府宣告，將拿出2000萬(wàn)美元用于協(xié)作研討，用激光對(duì)太空廢物進(jìn)行定位、跟蹤結(jié)束移除。研討團(tuán)隊(duì)將整合政府、學(xué)術(shù)界及航空業(yè)界多方力量，估計(jì)總投入需要9000萬(wàn)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(bào)記者，它是將激光站安置在地上，激光束 通過(guò)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(dòng)碎片軌道近地點(diǎn)高度，“當(dāng)近地點(diǎn)高度低于150公里時(shí)，碎片很快墜 入大氣層中，在氣動(dòng)阻力效果下敏捷焚毀。”
事實(shí)上，選用激光抵御太空廢物的主見(jiàn)，不是第一次提出來(lái)，不過(guò)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(guò)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(shí)能量遭到衰減。不過(guò)，它的本錢(qián)很高而且維護(hù)很困難。”陳麗華認(rèn)為。
“當(dāng)時(shí)，全球科學(xué)家更多傾向于地基激光方法，格外以美國(guó)航天局的ORION方案最具代表性。”陳麗華說(shuō)，建天基站，一旦稍微方案失 誤，就會(huì)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(guò)程只需要幾分鐘的時(shí)間，它甚至能夠整理公分級(jí)碎片，更為重要的是當(dāng)時(shí)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(guó)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(diǎn)”
美國(guó)宇航局一項(xiàng)最新陳說(shuō)閃現(xiàn)，地球周?chē)奶諒U物數(shù)量現(xiàn)已抵達(dá)“臨界點(diǎn)”。
當(dāng)時(shí)，科學(xué)家能夠跟蹤監(jiān)測(cè)的大型太空碎片就有2.2萬(wàn)塊，此外還有許多的小型碎片無(wú)法被我們跟蹤監(jiān)測(cè)。科學(xué)家們一向擔(dān)憂人造衛(wèi)星撞到無(wú)量太空廢物的可能性，一旦人造衛(wèi)星遭到損壞，電視信號(hào)、天氣預(yù)報(bào)、全球定位導(dǎo)航以及國(guó)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(chē)以每小時(shí)80公里速度跋涉的動(dòng)能。”陳麗華說(shuō)。跟著人類(lèi)航天活動(dòng)的不斷增加，空間碎片會(huì)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(duì)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(huì)待在軌道上幾十年，甚至幾個(gè)世紀(jì)。
“1公分至10公重量級(jí)空間碎片潛在要挾最大。”陳麗華認(rèn)為，這一量級(jí)的空間碎片數(shù)量最大，勘探較為困難，且碰擊動(dòng)能較大，方案防護(hù)困難，只能選用根除方法，通過(guò)較小經(jīng)濟(jì)價(jià)值，消除其對(duì)低軌空間航天器的碰擊風(fēng)險(xiǎn)。
看到這兒，你可能會(huì)獵奇國(guó)際空間站是如何閃避邇來(lái)一月的兩次碰擊風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)陳麗華介紹，應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)小、碰擊動(dòng)能小且逃避困難的1公重量 級(jí)碎片，方案之初，一般空間翱翔器都會(huì)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(guò)雷達(dá)勘探，對(duì)其進(jìn)行編 號(hào)，通過(guò)操控系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)動(dòng)逃避。
多種方案破解碎片
究竟，躲閃不是長(zhǎng)久之計(jì)。100年后，近地軌道或許無(wú)法用了。除非人類(lèi)進(jìn)入太空，活潑整理空間碎片。
跟著人類(lèi)航天活動(dòng)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(guó)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(shí)，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(jí)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(huì)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(wú)量的動(dòng)能：一塊10克重的太空廢物撞上衛(wèi)星，衛(wèi)星會(huì)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(huì)彼此湮滅，而會(huì)發(fā)作更多的碎片，再次增加太空廢物的數(shù)量。
“總的來(lái)說(shuō)，在低軌道區(qū)域，當(dāng)時(shí)對(duì)太空碎片的整體處理方案是，小碎片實(shí)施激光束處置根除，對(duì)中等碎片進(jìn)行“撒漁網(wǎng)”根除，對(duì)大碎片 進(jìn)行機(jī)械手臂式的拉拽根除。”陳麗華說(shuō)，根據(jù)太空法規(guī)矩，各國(guó)需要主動(dòng)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(guó)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(jiàn)，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?tīng)起來(lái)是不是有點(diǎn)杞人憂天？丟廢物老是不需要本錢(qián)。可價(jià)值呢，老是后知后覺(jué)。