重获洁净太空

丁　茜

自1957 年前苏联把全世界第一颗人造卫星送上天至今52年的时间里，人类已向太空发射了5 000 多颗各类航天器，其中很大一部分已成为太空垃圾在轨道上遨游。你能想象吗，人类活动在地球周围产生的垃圾碎片比陨星还要多!时至今日，太空中漂移着5 000 万片人造卫星和火箭的残骸。

太空垃圾就是空间碎片，是人类空间活动的产物，包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间碰撞产生的碎块等，是空间环境的主要污染源。这些垃圾都很长寿，微小的金属碎片、多级火箭的整个箭身，甚至宇航员遗失的工具等。太空垃圾种类繁多，不计其数!当然，不是宇宙任何的一个角落都布满垃圾，它们主要集中在卫星云集的两片区域，即高度在2 000 千米以下的低轨道（太空垃圾占到90%）和距离地面3.6万千米的地球同步轨道上。

太空垃圾的存在对于在太空中运行的航天器来说，简直就是天敌。由于空间碎片与航天器之间的相对速度很大，一般为每秒几千米至几万米，因此，两者即使是轻微碰撞，也会造成航天器的重大损坏。一块仅有阿司匹林药片大的残骸就能将人造卫星撞成“残废”。航天器的体积越大、飞行时间越长，其遭遇太空垃圾袭击的风险也就越大。专家指出，太空垃圾数量庞大，其对航天器和航天任务的影响已日益严重：极小的垃圾碎片由于数量多，能严重改变航天器的表面性能；稍大的碎片会损坏航天器表面材料，对表面器件造成损伤，甚至使航天器的飞行姿态改变，从而改变其运行轨道；空间碎片的能量足够大时，能穿透航天器表面，打坏内部系统；大的空间碎片撞击航天器桁架结构时，可能将整个结构打散。另外，大型空间碎片进入大气层时，会对地面的生命财产安全构成威胁。

短短半个世纪内，地球的周围就环绕了一圈卫星，以及那些可能会严重阻碍人类太空探索的残片碎屑。为了清理这些垃圾，科学家们绞尽脑汁找寻合适的清理方案。目前在议的6套招数，孰优孰劣，请看分解。

最强悍：机械垃圾车

优点：将装有机械臂的宇宙飞船射入太空，有选择地找寻太空垃圾，然后将它们收在垃圾车内。适合收集的垃圾有大块头的卫星、多级火箭等最大的垃圾。

缺点：垃圾在宇宙空间自己会转，机械臂很难抓住。定位这些太空垃圾代价都很昂贵，更不要说清理这些数目巨大的垃圾。

最期待：太空绳索

优点：在需要抛弃的卫星或火箭上事先拴一根长长的导线，利用地球磁场引力使太空垃圾移动的速度减慢，最终在数月内落回地面时在大气层中焚毁，未烧完的落入地面。轻巧灵便，垃圾自行返回地球。

缺点：导线的长度需要几千米才能起作用，但是这样长长的导线围绕地球数月的话，一、本身已增加垃圾量，很可能撞上正在运行的其他卫星；二、可能被太空垃圾中的碎片切断；三、怎么给已经漂浮在空中的垃圾拴上导线呢？

最精巧：天网

优点：用航天飞机将聚合物织成的天网送入轨道，挂在一颗小卫星上。然后只需将其展开，待到捕获垃圾后再收拢。用来拉紧天网的装置是可充气弹簧做的，十分轻便。

缺点：天网面积大，很容易饱受宇宙尘埃的磨损，而且捕捉的垃圾必须由太空飞船带回地球，成本太高。

最冒险：激光扫帚

优点：在地面上，利用超灵敏雷达指导激光照射太空垃圾，直至其汽化。碎片会直接在大气中消失。

缺点：该系统十分耗能，即使销毁一小块碎片也要消耗大量能量。另外激光所到之处大气热平衡遭到破坏，可能造成大气层中大规模放电。

最有效：气凝胶陷阱

优点：这项技术已经得到验证。2006 年美国的“星尘号”探测器就曾用气凝胶来捕捉和搜集彗星尘埃。

缺点：只能捕捉小于1 毫米的太空垃圾，但却需要发射大面积的气凝胶板，且可能撞上正在工作的卫星。

最创意：泡沫球

优点：用飞船在垃圾轨道上发射一种会自动形成巨球的特殊泡沫，当太空垃圾穿过这个泡沫球后，速度减慢，从而使其运动轨迹迅速下降，加速它落回地球。

缺点:泡沫球的直径需要几千米，在太空中可能会与大型垃圾碰撞，使后者变成更多碎片，太空环境将会变得更糟。

上面列出了6 种招数，也许未来的“太空清道夫”就藏身其中。太空垃圾最终都将受到重力的作用而落回地球，可那将是猴年马月的事情了!这些残片最初以与母体航天器相同的速度运行，大约为8～10千米／秒，比F1 赛车足足要快上100 倍!之后，伴随着与大气分子的碰撞摩擦，它们的速度逐渐减慢。随海拔高度变化的大气密度直接决定了垃圾在太空中逗留的时间。距离地球越近，遇到的物质就越多，也就越容易刹住车。因此，如果残片是在400千米高空的国际空间站轨道上，那么它需要半年到一年的时间落回地球；如果是在800 千米高度的轨道上，它要滞留200年；而在地球同步轨道上的话，则需要数百万年才能回归地球。这意味着垃圾们有的是时间来搞破坏!举个例子，直径1 毫米的铝球在8 千米/秒的速度下，能够毫不费力地穿透4毫米厚的铝层。那么，一截火箭的破坏力就可想而知!更何况，一方面垃圾的数量十分庞大，另一方面，卫星的数量有增无减，因而碰撞会不断发生。这就是为什么航天器最终都会被“风化”，变得伤痕累累的原因。

任重而道远

更严峻的问题是，1996 年，法国“西雷斯号”微型试验卫星与前辈“阿丽亚娜号”火箭的一块碎片相撞，被迫中止任务，返回了地球。此后，类似的严重事故接二连三地发生。考虑到发射一个航天器到太空的成本高达数百万欧元，这个问题的确让人头疼。现在最关键的问题是制止太空垃圾的产生。2000年，法国国家空间研究中心制定了相关章程，世界上很多国家的航天机构都以此为行动准则。章程建议：各国不要再人为丢弃太空垃圾，低轨道卫星在完成使命后不得在轨道上停留超过25 年，将3.6 万千米高空附近的垃圾输送到更远处的“公墓轨道”上去。但在此之前，必须将垃圾中的燃料抽尽，否则可能会自燃从而引发爆炸，这将是太空中发生的最为糟糕的情况。因为爆炸会产生成千上万个大小各异且无法控制的碎片，最小的那些甚至都无法探测到。毕竟，对于大件的垃圾，我们至少能够利用雷达或者望远镜了解其位置，而对于一大团微型垃圾，我们则根本无法跟踪定位。还有一个困难就是，目前没有任何相关的国际管理条例来应对太空垃圾问题，各国在处理太空垃圾问题时随意性较大。

现在太空中的物质，有超过90%的是无用的垃圾，只有不到10%是正在运行或是有用的。科学家们在这个问题上研究已久，设想了多种清除垃圾的办法，比如减慢碎片运动的速度，使它们在重力作用下更早落回地面，或者在太空中直接清除，或用太空垃圾车到太空大扫除。想法不错，但实施起来却远非易事。不论采用哪种系统，首先都要将它从地球发送到太空中需要垃圾回收的地点。单单这一项成本就十分高昂：每千克太空碎片要花费大约2 万欧元!最终垃圾车至少要消耗掉5 000 万欧元。在当今条件下，无论如何，这样的代价实在是太高了!然而照目前的态势发展下去，发射到太空的卫星会越来越多，垃圾和相撞事故也将随之增多。超过一定程度，地球周围的太空会充满碎片，航天设备几无可能再进入低轨道。任何一国的航天机构都不愿意看到这样的情况发生。所以，必须找到一个合适的解决方案。看来，我们让太空重获洁净的日子任重而道远。