概念

太空垃圾（Space debris 或 space junk）是圍繞地球軌道的無用人造物體。太空垃圾包括因壽命已盡而報廢、或因事故和故障而失控的人造衛(wèi)星、發(fā)射各類航天器時使用過的火箭本身及其一部分零件、多級火箭分離時產生的碎片、大塊碎片相互碰撞后產生的小碎片、甚至還有宇航員遺失的手套和工具等物品。它們與天然巖石、礦物質和金屬等構成的宇宙塵埃、流星體等是不同的概念。

基本介紹

按照火箭科學家專業(yè)的說法叫做“軌道碎片”，不過一般人都將其稱為“太空垃圾”。別小看了這些零零碎碎的太空垃圾，據(jù)統(tǒng)計，直徑大于1厘米的空間碎片數(shù)量竟然超過11萬個，而大于1毫米的空間碎片超過三十萬個。驚訝有這么多的垃圾嗎？其實，歸根結底都是我們人類自己制造的。

太空垃圾就是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物。如：報廢的衛(wèi)星，軌道器，火箭殘骸等等，漂浮在太空形成太空垃圾。太空垃圾完全是人為造成的，如何控制和消除這些垃圾是一個必須解決的問題。否則它們對各國的氣象衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星可能造成很大的威脅和破壞！

太空垃圾，是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物。太空垃圾的名目繁多：大的有已經(jīng)“壽終正寢”，但仍在空間軌道兜圈子的衛(wèi)星、空間站等航天器，被遺棄的運載火箭推進器殘骸；中等有意外爆炸形成的碎片。太空垃圾的來源包括：報廢的航天器及火箭殘骸、爆炸產生的碎片、一些零件、宇航員的生活垃圾以及人類太空活動掉落的空間微粒等。美國在1958年發(fā)射一顆命名為先鋒的衛(wèi)星，成了最長尚存件的太空垃圾之一。除了進行航天任務時扔到太空的垃圾越來越多以外，已在太空的垃圾件數(shù)也會自行增多，即當脫離主體的火箭中還含有的剩余燃料在太空爆炸時，便會生成無數(shù)個碎塊，形成更多的太空垃圾。調查表明，自開辟太空時代50年以來，太空垃圾大約已有2.5萬塊。由于其中許多物體在進入大氣層時燒掉了，現(xiàn)在能夠看到的大約有9000件。而且，一個太空飛行器若在600公里的高空飛行，它將圍繞地球轉25－30年，如果它位于1000公里的高度，則可飛行到4001年，如果再高，它則幾乎會成為永恒的物體。到2009年1月為止，太空中這種“長壽”垃圾越來越多，清除將是極其艱難的。一般來說，這些太空垃圾在大氣阻力的影響下會逐漸隕落，但是如果它的軌道很高，在1000千米以上，大氣阻力很小，那它能在軌道上存留數(shù)萬年甚至數(shù)百萬年。而且，目前大多數(shù)太空垃圾都處于比較高的高度上。到2009年1月為止，太空垃圾空間碎片總數(shù)已經(jīng)超過4000萬個，總質量已達數(shù)百萬千克，大于10厘米。

太空垃圾統(tǒng)計

根據(jù)美國宇航局的統(tǒng)計，目前地球軌道上有大約4000個運行中或報廢的人造衛(wèi)星和火箭殘體，此外還有大約6000個可以看到并跟蹤的太空垃圾碎片；而直徑超過一厘米的太空垃圾，更多達20萬個。這些物體大多數(shù)的運行速度，都在2萬公里/小時以上。太空垃圾運行在地球軌道上的這些物體無時無刻不對衛(wèi)星本身的安全、航天飛機以及國際空間站的安全構成威脅。

根據(jù)美國憂思科學聯(lián)盟（Union of Concerned Scientists）截至2009年1月21日的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前運行在地球軌道上的人造衛(wèi)星為905顆，其中美國443顆、俄羅斯91顆、中國54顆，最為擁擠的地球同步軌道（高度35860公里，赤道上空，傾角為0）上的衛(wèi)星為366顆。近地軌道（700公里到2000公里）上有442顆。

探測和控制

保持太空清潔

人類開發(fā)宇宙向宇宙空間發(fā)射的各種航天器，因工作壽命終止、因意外或有意爆炸產生的碎片，以及航天員扔出飛船艙外的垃圾等，從而不可避免在產生了太空垃圾。這些空間垃圾大約以每年10%的速度增加，而且體積越來越大。 由于空間垃圾和航天器之間的相對速度很大，一般為幾千米每秒至幾十千米每秒，因此，即使輕微碰撞，也會造成航天器的重大損壞。 現(xiàn)在，航天專家們已經(jīng)開始研究限制空間垃圾的產生，以及消除空間垃圾的辦法。如：將停止工作的衛(wèi)星推進到其他軌道上去，以免同正常工作的衛(wèi)星發(fā)生碰撞；用航天飛機把損壞的衛(wèi)星帶回到地球，以減少空間的大件垃圾。

探測和控制太空垃圾

自從40年前太空時代開始以后，火箭已經(jīng)將2萬噸重的物體送上了太空。現(xiàn)在太空中仍有大約1萬件、4500噸物體。其中，只有5%是仍在工作的宇宙飛行器。其實這一數(shù)字是非常保守的，因為這只是指軍用衛(wèi)星和望遠鏡所能觀察和跟蹤到的物體。現(xiàn)在令太空研究者最擔心的是運行在不同高度軌道上的那些不能被跟蹤到的物體。在太空中與任何微小物體的碰撞都會給宇宙飛行器造成致命的破壞。

太空垃圾的來源很多。其中包括廢棄的太空飛行器和火箭發(fā)射時的廢棄物、破碎的衛(wèi)星甚至核反應堆中泄漏的燃料等。美國于1958年3月份發(fā)射了第二顆衛(wèi)星先鋒2號，這顆衛(wèi)星僅僅工作了6年的時間，但并未回收，直到現(xiàn)在仍在太空中游蕩。太空垃圾的另一個重要來源就是發(fā)射衛(wèi)星時遺留在太空中的空火箭殼。到1998年為止，在太空中已經(jīng)有1500個無用的火箭盤繞在我們的頭頂上。

人類在太空中飛行也會丟棄垃圾。1965年，美國人第一次在太空中行走時，飛行員愛德華.懷特就丟失了一只手套。現(xiàn)在這只手套正在離地28000千米的軌道上高速運行，隨時都有可能與太空飛行器相撞。所以這只手套成為人類制造的最危險的服飾之一。關于太空垃圾這一問題直到80年代才引起人們的注意。現(xiàn)在大一些的太空碎片可以用監(jiān)測導彈和間諜衛(wèi)星的系統(tǒng)來進行監(jiān)測。美國和前蘇聯(lián)的太空檢測網(wǎng)絡已經(jīng)登記了1萬個太空物體。每天大約有50個雷達、光學或光電感應器要對天空進行大約15萬次觀察。

但是這一監(jiān)測系統(tǒng)卻不能探測到小于10厘米的物體。直到1984年，科學家才采取取樣調查的方法，對這些小物體進行了分析。現(xiàn)在德國和美國的科學雷達可以探測到2毫米大小的物體。

盡管現(xiàn)在發(fā)射衛(wèi)星的數(shù)量有所減少，監(jiān)測技術也有所提高，但消除太空垃圾仍然是一個十分困難艱巨的課題。現(xiàn)在美國宇航局、國防部和能源部正在研究一項計劃，在地面上用激光來去除太空中的小型垃圾。科學家提出如果人類現(xiàn)在不能積極地控制衛(wèi)星的數(shù)量和消除太空垃圾，那么人類在天空中也會像在地球上一樣缺少空間。

垃圾危害

垃圾產生

自上世紀50年代開始進軍宇宙以來，人類已經(jīng)發(fā)射了4千多次航天運載火箭。據(jù)不完全統(tǒng)計，太空中現(xiàn)有直徑大于10厘米的碎片9千多個，大于1.2厘米的有數(shù)十萬個，而漆片和固體推進劑塵粒等微小顆粒可能數(shù)以百萬計。

不要小看這些太空垃圾，由于飛行速度極快（6～7公里/秒），它們都蘊藏著巨大的殺傷力，一塊10克重的太空垃圾撞上衛(wèi)星，相當于兩輛小汽車以100公里的時速迎面相撞——衛(wèi)星會在瞬間被打穿或擊毀！試想，如果撞上的是載人宇宙飛船…… 而且人類對太空垃圾的飛行軌道無法控制，只能粗略地預測。這些垃圾就像高速公路上那些無人駕駛，隨意亂開的汽車一樣，你不知道它什么時候剎車，什么時候變線。它們是宇宙交通事故最大的潛在“肇事者”，對于宇航員和飛行器來說都是巨大的威脅。

雪崩效應

目前地球周圍的宇宙空間還算開闊，太空垃圾在太空中發(fā)生碰撞的概率很小，但一旦撞上，就是毀滅性的。更令航天專家頭疼的是“雪崩效應”——每一次撞擊并不能讓碎片互相湮滅，而是產生更多碎片，而每一個新的碎片又是一個新的碰撞危險源。如果有一天，等地球周圍被這些太空垃圾擠滿的時候，人類探索宇宙的道路該何去何從呢？

太空垃圾是人類在進行航天活動時遺棄在太空的各種物體和碎片，它們如人造衛(wèi)星一般按一定的軌道環(huán)繞地球飛行，形成一條危險的垃圾帶。太空垃圾可分為三類：一是用現(xiàn)代雷達能夠監(jiān)視和跟蹤的比較大的物體，主要有種種衛(wèi)星、衛(wèi)星保護罩及各種部件等，這類垃圾目前已達8000多個；二是體積小的物體，如發(fā)動機等在空間爆炸時產生的，其數(shù)量估計至少有幾百萬；三是核動力衛(wèi)星及其產生的放射性碎片，到2000年，這類衛(wèi)星送到地球軌道上的碎片達3噸。

1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，揭開了人類空間時代的序幕，同時也為太空送去了第一批垃圾。當時，宇航員完成飛行任務，把衛(wèi)星的裝載艙、備用艙、儀器設備及其他遺棄物都留在了衛(wèi)星軌道上。此后，隨著人類太空史上的一次次壯舉，太空垃圾與日俱增。人類先后已將4000余顆衛(wèi)星送入太空，目前仍在正常運轉的僅有400余顆，其余的或墜毀于地球表面，或遺留在太空，成為太空垃圾。據(jù)統(tǒng)計，目前約有3000噸太空垃圾在繞地球飛奔，而其數(shù)量正以每年2％～5％的速度增加。科學家們預測：太空垃圾以此速度增加，將會導致災難性的連鎖碰撞事件發(fā)生，如此下去，到2300年，任何東西都無法進入太空軌道了。

太空垃圾事故

太空垃圾給航天事業(yè)的發(fā)展帶來了隱患，它們成為人造衛(wèi)星和軌道空間站的潛在殺手，使宇航員的安全受到嚴重威脅。要知道，太空垃圾是以宇宙速度運行的。一顆迎面而來的直徑為0.5毫米的金屬微粒，足以戳穿密封的飛行服；人們肉眼無法辨別的塵埃（如油漆細屑、涂料粉末）也能使宇航員殞命；一塊僅有阿司匹林藥片大的殘骸可將人造衛(wèi)星撞成“殘廢”，可將造價上億美元的航天器送上絕路。在人類太空史上，太空垃圾造成的事故和災難屢見不鮮。1983年，美國航天飛機“挑戰(zhàn)者”號與一塊直徑0.2毫米的涂料剝離物相撞，導致舷窗被損，只好停止飛行。前蘇聯(lián)的“禮炮—7”號軌道站也多次被此類“塵埃”損壞。1986年，“阿麗亞娜”號火箭進入軌道之后不久便爆炸，成為564塊10 厘米大小的殘骸和2300塊小碎片，這枚火箭的殘骸使兩顆日本通信衛(wèi)星“命赴黃泉”！1991年9月15日，美國發(fā)射的“發(fā)現(xiàn)者”號航天飛機差一點與前蘇聯(lián)的火箭殘骸相撞，當時“發(fā)現(xiàn)者”號與這個“不速之客”僅僅相距2.74千米，幸虧地球上的指揮系統(tǒng)及時發(fā)來警告信號，它才免于喪生。據(jù)計算，目前太空軌道上每個飛行物發(fā)生災難性碰撞事件的幾率為3.7％，發(fā)生非災難性撞擊事件的可能性為20％。以此計算，今后將每5～10年可能發(fā)生一次太空垃圾與航天器相撞事件，到2020年將達到2年一次。

對陸地的污染

太空垃圾不僅給航天事業(yè)帶來巨大隱患，而且還污染了宇宙空間，給人類帶來災難，尤其是核動力發(fā)動機脫落，會造成放射性污染。目前，美國和前蘇聯(lián)在空間的核反應堆中有1噸的鈾—235及其他核分離物。

應對措施

從法規(guī)上，主要是訂立規(guī)章，規(guī)范航天發(fā)射，盡量減少太空垃圾的產生。在技術上，所提出的措施則多種多樣。其中，一個要加強觀測，通過天文望遠鏡觀察太空垃圾，及時發(fā)出警報。但是，天文望遠鏡只能觀察到10厘米以上的垃圾，小的還看不到。為此，有的科學家提出給宇宙飛行器加上有陶瓷材料和高分子材料制成的盾牌，抵擋小垃圾的撞擊。另外，還有人提出，使用小衛(wèi)星和離子火箭，緩慢接近垃圾，然后或是將其軌道改變或是摧毀它，以便減小威脅。

減少太空垃圾，歸結起來是“避、禁、減、清”

避：就是對太空垃圾進行嚴密監(jiān)視與跟蹤，并采取有效的技術手段，使航天器及時避開太空垃圾。

禁：就是國際上制定有關法規(guī)，禁止在空間進行實驗和部署各種武器，限制發(fā)射核動力衛(wèi)星，使空間成為為人類文明服務的和平空間。

減：就是發(fā)射航天器的國家應采取措施，盡量減少太空垃圾的增加。

清：就是發(fā)展太空垃圾清除技術，有些專家提出設想，運用激光的力量，使大塊垃圾首先改變運行軌道，然后將其氣化。

火箭末級，采取轉移軌道措施，使其返回大氣層燒毀；對已達到預定壽命的衛(wèi)星，讓其獲得逃逸速度，遠離近地空間或轉用清除裝置進行清除。有些專家提出設想，運用激光的力量，使大塊垃圾首先改變運行軌道，然后將其氣化。

人類只有一個空間，隨著人類對太空環(huán)保的重視，太空垃圾必將得到治理，那時人類將重新獲得一個美麗而清潔的宇宙太空，宇宙遨游將美麗而浪漫。

數(shù)據(jù)調查

太空垃圾，是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物。太空垃圾的名目繁多：大的有已經(jīng)“壽終正寢”，但仍在空間軌道兜圈子的衛(wèi)星、空間站等航天器，被遺棄的運載火箭推進器殘骸；中等有意外爆炸形成的碎片。太空垃圾的來源包括：報廢的航天器及火箭殘骸、爆炸產生的碎片、一些零件、宇航員的生活垃圾以及人類太空活動掉落的空間微粒等。美國在1958年發(fā)射一顆命名為先鋒的衛(wèi)星，成了最長尚存件的太空垃圾之一。除了進行航天任務時扔到太空的垃圾越來越多以外，已在太空的垃圾件數(shù)也會自行增多，即當脫離主體的火箭中還含有的剩余燃料在太空爆炸時，便會生成無數(shù)個碎塊，形成更多的太空垃圾。調查表明，自開辟太空時代50年以來，太空垃圾大約已有2.5萬塊。由于其中許多物體在進入大氣層時燒掉了，現(xiàn)在能夠看到的大約有9000件。而且，一個太空飛行器若在600公里的高空飛行，它將圍繞地球轉25－30年，如果它位于1000公里的高度，則可飛行到4001年，如果再高，它則幾乎會成為永恒的物體。到2009年1月為止，太空中這種“長壽”垃圾越來越多，清除將是極其艱難的。一般來說，這些太空垃圾在大氣阻力的影響下會逐漸隕落，但是如果它的軌道很高，在1000千米以上，大氣阻力很小，那它能在軌道上存留數(shù)萬年甚至數(shù)百萬年。而且，目前大多數(shù)太空垃圾都處于比較高的高度上。到2009年1月為止，太空垃圾空間碎片總數(shù)已經(jīng)超過4000萬個，總質量已達數(shù)百萬千克，大于10厘米。

2010年7月30日據(jù)俄新網(wǎng)報道，俄羅斯航天署新聞處發(fā)布消息說，中國已經(jīng)成為在近地宇宙空間制造太空垃圾最多的國家。俄航天署官方網(wǎng)站周五發(fā)表的一篇文章指出，“根據(jù)統(tǒng)計，40%的太空垃圾是中國制造的。美國的太空垃圾占27.5%，俄羅斯占25.5%，其他國家占7%”。

而根據(jù)美國宇航局NASA負責監(jiān)測太空碎片部門的官方數(shù)據(jù)，近地空間大多數(shù)的太空垃圾屬于俄羅斯和獨聯(lián)體國家(5833顆)，其中包括1402顆衛(wèi)星，4431運載火箭殘骸等“垃圾”。美國排在第二，總共制造了4824個垃圾，包括1125報廢衛(wèi)星和3699運載火箭殘骸等碎片。而中國制造的太空垃圾超過3388個(88顆廢衛(wèi)星和3300個其它碎片)，少于俄羅斯和美國。