日报标题:废弃卫星、火箭碎片,这些「垃圾」留在太空会出事吗?
题主所说的太空垃圾,准确的提法叫“空间碎片”。问题中关注两个方面:一是有什么影响,二是各国的态度。
1,空间碎片的来源
空间碎片是指地球轨道上运行的失效的航天器及其碎块。其主要来源包括:
1)废弃的航天器,如燃料耗尽或已失去控制的卫星,火箭的上面级等;
2)操作性碎片,如航天员出舱活动时不慎丢掉的工具、手套等;
3)航天器因故意或意外解体形成的碎块;
4)人类故意播撒在太空中的铜针等玩意儿;
5)火箭助推器产生的 NaK 粒子。
2,空间碎片的现状
目前人类已经探测并能够跟踪的空间碎片(10cm 以上)大约有 17000 多个,而无法准确跟踪的厘米甚至毫米级碎片数以亿计。
空间碎片绝大部分位于地球低轨道,高轨道较少(具体轨道高度及分布数量回头查了资料补充)。
3,空间碎片的危害
空间碎片的危害最主要的就是对在轨运行的航天器(卫星、空间站等)造成撞击损伤甚至撞击解体。
空间碎片在轨道上的平均运行速度大约 10km/s,在如此高的速度下,哪怕只是毫米级的碎片撞击都可能使航天器外壳被击穿,造成辐射器管路工质泄露(从而航天器热防护性能下降),或内部关键部件损坏,或空间站压力泄露危及航天员安全。如果是大碎片撞击,直接就导致航天器四分五裂,参考地心引力的画面。
典型危害案例:
1)美国航天飞机每次执行任务回来后都能在表面发现不少撞击坑,其弦窗玻璃因碎片撞击损伤而更换;
2)曾经法国樱桃色号卫星因遭受空间碎片撞击其重力梯度杆导致发生翻滚失控;
3)2009 年俄罗斯报废的 cosmos2251 军事卫星与美国铱星公司在役的 iridium33 卫星发生撞击,两者都发生解体,从而又增加了上千个空间碎片。
4,空间碎片的应对策略
主要包括防护、规避、减缓、清除四个方面。
防护:主要针对厘米级以下碎片,在高价值卫星、空间站等航天器外壳增加防护层,使其能够抵御小碎片的撞击而不至于被击穿。防护层主要采用质量轻而强度好的材料,如铠夫拉纤维布,金属丝网等,采用多层间隔组合的形式安置于航天器外壳,主要起到粉碎来袭碎片并拦截其二次碎片的作用以保护航天器壳体。
规避:对于厘米级以上碎片,目前的防护层是无法有效防护的,因此对此类碎片主要采取主动规避,即在探测到碎片来袭前启动航天器助推装置使其临时改变轨道,惹不起就躲的意思。
减缓:意思就是说在火箭设计及航天任务规划时,就必须考虑到上了天之后抛弃掉的火箭上面级如何才能不变成碎片,比如设计使其在一定年限后自动离轨掉下来,不要在轨道上呆成僵尸害人害己。
清除:意思就是怎么把目前轨道上的碎片搞掉,不管是采用机械臂把它抓走也好,或者采用激光把它烧掉也好,还有提出来在轨道上抛个鱼网捕捉碎片的。这方面技术目前还处于概念或早期研究阶段,没有实用化。
5,各国的态度
主流是合作,偶尔有撕逼。
合作方面:各航天大国基本都认同空间碎片已经对航天活动造成严重威胁,有必要携手应对。为此,大家一起成立了一个国际合作组织叫“机构间空间碎片协调委员会”,每年开会,定期通报各自的航天发射活动,通报各种空间碎片态势,交流各种碎片监测、预警、防护、减缓技术等。此外,联合国有一个叫“外空活动委员会”,每年也要开会,制定一些国际规则顺便撕逼。
撕逼:就是你指责我的航天器产生的碎片撞到你的卫星啦,我指责你不顾国际道义随意打爆了个卫星产生大量碎片搞得大家都不好啦等等,总之撕来撕去其实就是添堵而已。
更多讨论,查看 知乎圆桌 · 空间技术揭秘