新技術(shù)：激光大戰(zhàn)太空垃圾

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    1957年10月，人類第一顆人造地球衛(wèi)星從前蘇聯(lián)拜科努爾基地升入太空，奏響了人類征服太空的序曲。自此，一批又一批火箭將人造衛(wèi)星送上太空。五十多年過去了，除了載人航天飛行器最后回到地球，其他上天的人造物體都圍繞地球運(yùn)動(dòng)著。那些曾經(jīng)輝煌過的“金屬體”，伴隨著使命的結(jié)束，被遺棄在太空，變成了金屬碎片，最終成為“太空垃圾”的一部分。

　　2008年，歐洲航天局地面控制中心公布的電腦模擬圖像顯示，“太空垃圾”已經(jīng)讓地球上空成了一個(gè)垃圾場(chǎng)。如何清理太空垃圾，成為人類接下來的研究重點(diǎn)。

　　激光加入回收太空垃圾的行列

　　3月11日，新加坡《聯(lián)合早報(bào)》報(bào)道，澳大利亞一組科學(xué)家正在研究從地球發(fā)射激光，來分解繞著地球旋轉(zhuǎn)的太空垃圾，以減少這些碎片可能會(huì)引發(fā)的一系列衛(wèi)星撞擊事件。澳大利亞國立大學(xué)天文與天體物理學(xué)研究院院長(zhǎng)克萊思在接受采訪時(shí)表示，這項(xiàng)工程非?？赡艹蔀楝F(xiàn)實(shí)，相關(guān)設(shè)備可能在10年內(nèi)運(yùn)作。

　　“澳大利亞用激光回收垃圾的做法，應(yīng)該就是通過激光讓太空垃圾減速，最終讓它跌入大氣層。” 中國科學(xué)院空間中心研究員都亨在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)分析道，“目前人類回收太空垃圾的方法幾乎都是先令其減速，然后重新墜入大氣層。這樣太空垃圾會(huì)在墜落過程中燒毀，不會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生太大的影響。”

　　其實(shí)，澳大利亞并不是最早開始希望用激光回收太空垃圾的國家，美國也曾在2011年設(shè)想使用激光去推動(dòng)這些碎片，使其偏離軌道，從而避免它們相互之間發(fā)生碰撞。“太空垃圾有大有小，重量從幾十到幾百公斤不等。所以回收的手段也不盡相同。”都亨說，“有些可以用機(jī)械手臂抓住，有些則需要被網(wǎng)住，最終被送回大氣層。”

　　太空中的潛在殺手

　　隨著太空垃圾的增多，人類航天活動(dòng)也隨之受到威脅。2005年1月17日，NASA憂心忡忡地公布，南極上空885公里，發(fā)生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”—— 一塊31年前發(fā)射的，美國雷神火箭推進(jìn)器遺棄物，與中國發(fā)射的長(zhǎng)征四號(hào)火箭碎片相撞。2013年5月，厄瓜多爾唯一一枚衛(wèi)星在升空后不足一個(gè)月，就與太空中火箭殘骸相撞失靈。這些都提醒著人們，太空垃圾對(duì)航天安全日益嚴(yán)重的威脅。

　　人們最早發(fā)現(xiàn)太空垃圾是在20多年前，加拿大某氣象臺(tái)宣布，發(fā)現(xiàn)英仙星座附近有星體爆炸。后來才弄清楚，這不過是一顆廢棄人造衛(wèi)星在太陽光反射下造成的效果。

　　不僅在外太空，人類的生活也慢慢受到了太空垃圾的影響。“由于地球外層大氣的減速作用，每年都會(huì)有一部分太空碎片落入地球大氣層。只是大部分都在墜落的過程中燒毀了，所以人們沒有發(fā)覺。”都亨說。但是這并不代表太空垃圾沒有威脅到人類的日常生活。

　　湖南省綏寧縣就曾經(jīng)迎來天外的“不速來客”，據(jù)媒體報(bào)道，2012年3月31日， “亞太7號(hào)”通信衛(wèi)星“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)載火箭一級(jí)殘骸鋼架打斷一低壓線后，打破一民房屋頂?shù)耐咂?，墜落于綏寧縣黃土礦鄉(xiāng)牛欄沖村水田里，另外一片殘骸則墜落于田基上。無獨(dú)有偶，在英國，一塊重達(dá)1.8公斤的金屬從天而降，砸穿了一對(duì)老夫婦的房頂，所幸的是沒有造成人員傷亡。

　　但是，這些還不是太空垃圾最可怕之處。“凱斯勒癥候群”（Kessler Syndrome）才真正令太空垃圾引起航天學(xué)者的重視。1978年，一位美國宇航局的天文學(xué)家唐·凱斯勒提出了一個(gè)令人沮喪的觀點(diǎn)：隨著太空撞擊事件的增加，新生出大量碎片。遲早有一天地球大氣銷毀太空垃圾的速度將跟不上太空垃圾的增長(zhǎng)速度。那樣一來，地球外圍空間就會(huì)出現(xiàn)一層永久性的“太空垃圾云”，從而使得太空環(huán)境變得非常危險(xiǎn)，無法進(jìn)行航天活動(dòng)。這種理論就被稱為“凱斯勒癥候群”。

　　試想一下，這些太空垃圾以6~7公里/秒的速度飛行，他們隱藏著巨大的殺傷力：一塊10克重的太空垃圾撞上衛(wèi)星，就相當(dāng)于兩輛100公里/時(shí)的小汽車相撞，衛(wèi)星會(huì)在1.5秒內(nèi)被打穿或被直接擊毀。而且每一次太空垃圾的相互碰撞不會(huì)互相湮滅，而會(huì)產(chǎn)生更多的碎片，再次增加太空垃圾的數(shù)量。

　　回收難在何處

　　為此，人類自很早以前已經(jīng)在思考如何回收這些太空垃圾，并提出各種構(gòu)想，可惜的是，這些構(gòu)想一直止步于理論，并沒有國家真正實(shí)踐。“回收太空垃圾成本太高，幾乎和發(fā)射一枚人造衛(wèi)星的花費(fèi)一樣多。”都亨解釋說，“考慮到成本，如果衛(wèi)星損壞，只是其中部分零件需要更換便可再次應(yīng)用，那么回收就是值得的。如果衛(wèi)星已經(jīng)全部報(bào)廢，那么回收就沒有太大意義了。”不過，這只是太空垃圾回收難點(diǎn)之一。另外一層隱憂是，有些國家擔(dān)心有人以回收太空垃圾為由，向他國的航天器進(jìn)行攻擊，因此對(duì)于哪個(gè)國家執(zhí)行回收任務(wù)以及具體方法，各國并沒有達(dá)成協(xié)議。

　　而與花費(fèi)高額的太空垃圾回收費(fèi)用相比，有科學(xué)家主張?jiān)诒苊猱a(chǎn)生太空垃圾上下功夫。比如，在衛(wèi)星上加裝一個(gè)廉價(jià)的折疊式氣球，一旦衛(wèi)星壽終正寢時(shí)，氣球內(nèi)便會(huì)充滿氦氣或其他氣體。當(dāng)氣球與地球的大氣層外稀薄的大氣接觸時(shí)就形成額外的阻力，降低衛(wèi)星速度，從而縮小衛(wèi)星軌道半徑，讓其墜入大氣層?；蛘咝l(wèi)星上天時(shí)帶一根由特殊材料制成的繩子，長(zhǎng)約5公里左右，衛(wèi)星失效后可以控制它釋放，繩子將切割地球磁力線并導(dǎo)電，進(jìn)而在地磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生下拉作用，將衛(wèi)星在短期內(nèi)拖入地球大氣層燒毀。不過，到底哪些方法有效，還需要實(shí)踐證明。

　　延伸閱讀

　　清理太空垃圾的奇思妙想

　　太空彈弓

　　為了節(jié)省燃料，美國得州農(nóng)工大學(xué)提出“彈弓衛(wèi)星太空清掃器”，能夠捕獲太空垃圾，再將太空垃圾投向地球大氣層燃燒，之后使用動(dòng)量航行至下一個(gè)太空殘骸目標(biāo)進(jìn)行清除。

　　立方太陽帆

　　英國提議建造“立方太陽帆”，即使用小型人造衛(wèi)星帶動(dòng)太陽帆捕獲太空殘骸至低軌道。最初計(jì)劃于2011年實(shí)施，但目前該計(jì)劃仍在籌劃之中。

　　電動(dòng)系鏈

　　2014年初，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)提議“電動(dòng)系鏈”策略來有效消除太空殘骸，電動(dòng)系鏈的電流可以減緩人造衛(wèi)星碎片或者太空垃圾的速度。減速的人造衛(wèi)星碎片將逐漸降落至地面，燃燒殆盡。

　　脫軌任務(wù)

　　該太空任務(wù)是2014年初提出的，旨在搜尋并清除軌道高度為800~1000公里極軌道區(qū)域的廢棄人造衛(wèi)星殘骸，歐洲宇航局?jǐn)M發(fā)射一個(gè)“太空捕捉器”，通過“織女星”火箭發(fā)射，重量為1.6噸。

　　太空垃圾處理器

　　目前，美國一家航天公司提出一個(gè)叫作“太空牧羊犬”的設(shè)想，它能夠利用太空動(dòng)力使太空垃圾得到較好的處理。這個(gè)設(shè)想是使用一種可重復(fù)使用的太陽能航空器來清理太空垃圾。太陽能航空器利用太陽能電池板充電后，它上面的電流與地球磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生推動(dòng)太空垃圾的動(dòng)力，太空垃圾也就進(jìn)入大氣層被燒成灰了。