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日本“清扫太空”行动失败,“垃圾”充斥的轨道亟需清理!

时间:2017年02月08日 信息来源:上观新闻 点击: 【字体:

目前太空碎片总数量已超过1亿,其中大于10厘米的超过2万,大于1厘米的超过20万。太空垃圾越来越多,占据越来越多的轨道,航天器安全运行形势日益严峻。 就像一条马路无人清扫会慢慢堆满垃圾一样,随着人类太空活动日益频繁,太空轨道已经充斥着大量的轨道碎片,给人类的航天活动带来不小的麻烦甚至是威胁。据法新社2月6日报道,日本所进行的一项清理太空以及地球轨道垃圾的试验性任务近日宣告失败。

   

2016年12月,一艘国际空间站的补给飞船装配了达700米的实验器,目标是在补给任务完成之后进行试验。这个长条状实验器由不锈钢和铝制成,可通过电磁效应移动垃圾碎片,降低太空垃圾速度,并将它们转移到较低的地球轨道,最终进入地球大气层,并在与地球发生撞击之前就燃烧殆尽。实验器没有成功释放,导致了这次太空“清扫行动”失败。

   

这次失败,对世界航天界来说,无疑也是遗憾的。有数字显示,目前太空碎片总数量已超过1亿,其中大于10厘米的超过2万,大于1厘米的超过20万。太空垃圾越来越多,占据越来越多的轨道,航天器安全运行形势日益严峻。


因太空垃圾侵扰,国际空间站每年规避飞行14次

   

空间碎片也就是太空垃圾,是人类空间活动的产物,主要包括在轨运行或再入大气的无功能的人造物件及其残块和组件。数字显示,目前任务碎片占13%,火箭残骸占17%,失效航天器有22%,解体碎片即航天器爆炸或相互碰撞产生的碎片占43%。

   

可别小看这些碎片,厘米级的空间碎片就可导致航天器彻底损坏。国家航天局空间碎片监测与应用中心专家刘静说,空间碎片平均撞击速度每秒10公里,因此厘米级碎片产生的动能就相当于一辆小轿车以五六十公里的时速撞上卫星,其危害可想而知。由于这些碎片速度比较快,各种尺寸的碎片都会对航天器造成危害,较大碎片撞击会使航天器破裂、爆炸、结构解体,微小碎片累积效应会改变元器件的性能,导致航天器性能下降或功能失效。

   

由于1到10厘米的空间碎片就能够造成航天器的损毁,并且数量庞大,在太空运行的空间站不可能频繁地进行规避机动。据统计,国际空间站平均每年进行规避飞行14次,每次规避飞行需要付出巨大的代价,需要动员大量的人力、物力加强监测和预警工作,航天员必须暂停工作和试验项目躲进对接的载人飞船内,并且空间站机动需要消耗大量的燃料。

   

针对这一问题,美国进行了“激光扫帚”试验,主要目标是清除国际空间站轨道上对其构成威胁的尺寸为1到10厘米的空间碎片。激光主动清除方法可快速处理对空间站构成威胁的碎片,减少对空间站正常运行的干扰,降低碰撞概率。但是该方法能源消耗大,探测范围小,探测距离短,无法长时间开机对空间站周围进行实时监测。


全面实施“长征”系列运载火箭末级“钝化”


作为航天大国,我国近年来在太空碎片方面的监测、预警、减缓及防护技术体系逐步完善,标准规范体系不断健全。空间碎片监测预警实现了业务化运行,为在轨航天器安全运行提供了有力保障。

   

资料显示,早在2015年6月,国家航天局就挂牌成立了空间碎片监测与应用中心。该中心主要负责空间碎片和近地小天体专用监测设备规划运行管理工作,提升空间碎片碰撞预警和应急响应能力。

   

举例来说,在我国进行卫星发射时,中心就要提前预警,选择一个空间相对干净或者风险最小的时机以进行发射,规避碰撞。而当有空间碎片或外星靠近我国在轨飞行器,可能对其带来威胁时,就要提前向有关部门汇报。当然,中心最主要的任务是为我国气象、海洋、资源、实践等系列100多颗卫星提供日常碰撞预警服务。

   

同时,如何减少太空垃圾,也是我国航天科技人员一直努力的方向。近年来,我国全面实施“长征”系列运载火箭末级“钝化”,对废弃航天器采取有效离轨处置措施,切实保护空间环境。

   

一般来说,与卫星分离后,火箭的末级仍会在星箭分离时的轨道上运转,最后渐渐坠入大气层烧毁。不过,这是一个漫长的过程,可能三五个月,也有可能十年八年。但火箭末级不像我们想象的那么“老实”,星箭分离后,箭上的推进剂、高压气、电池都尚未用尽,随时都可能引发火箭爆炸,变成无数细小的太空垃圾,威胁在轨航天器的安全。因此,要对火箭末级进行“钝化”处理。

   

“钝化”就是让火箭变得“不敏感”,简单说,就是将火箭末级剩余的燃料、高压气泄出,让电池自己短路,彻底消除火箭末级“自爆”的危险。同时,为了不占用宝贵的轨道资源,在“钝化”之前,火箭还会进行“离轨”机动,转移到废弃轨道上。


中国“遨龙一号”将担当太空“清道夫”角色

   

其实,在这次日本太空垃圾清扫试验之前,我国去年就曾在世界航天界实施了首次主动轨道碎片离轨清除试验项目。2016年6月25日,我国新一代运载火箭长征七号的首次发射任务中,搭载了一个低调的载荷“遨龙一号”。

   

中国载人工程航天办公室副主任武平说,这次任务中,“遨龙一号”在前期技术研究和地面试验的基础上,以模拟的空间碎片为目标,验证碎片清除关键技术,任务结束后进行“钝化”处理。

   

据透露,“遨龙一号”甚至装载了一台机械臂,模拟抓取废弃卫星和太空碎片,并具有将它们带到大气层烧毁的能力,这是中国轨道碎片清除技术研制的里程碑。

   

据专家介绍,目前世界主要的航天大国都积极采取各种措施减少新发射任务中轨道碎片的产生。比如常见的火箭末级“钝化”,将寿命已尽的卫星送入“墓地”轨道等,但这些都不是治本之策。所以,发射航天器搜集轨道碎片,并将其送入大气层烧毁的主动清除设想也就应运而生。

   

值得注意的是,国家航天局秘书长田玉龙近期曾表示,中国在空间碎片清除、空间站建设等需求牵引下,空间机器人及空间人工智能发展迅速,未来还将在空间环境治理机器人等领域开展技术攻关。

   

不久前,国新办发布了《2016中国的航天》白皮书,白皮书对我国未来五年的航天任务进行了部署,其中“空间环境”单列一个章节。根据白皮书的阐述,未来五年,我国将完善空间碎片等相关标准规范体系,建立完善空间碎片基础数据库和共享数据模型,统筹推进空间碎片监测设施、预警应急平台、网络服务系统建设,强化资源综合利用。同时,完善空间环境监测系统,构建预警预报平台,提升空间环境监测及灾害预警能力。


 




(作者:刘锟)
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