當(dāng)你仰望星空，是否曾想象無(wú)垠的宇宙中有多少“隱形困擾”正環(huán)繞地球？自20世紀(jì)中期人類開(kāi)啟太空探索以來(lái)，除了諸多探測(cè)器、衛(wèi)星和美麗的宇航服，還有一種悄然累積的“產(chǎn)物”隨之增多——那就是太空碎片。今天，請(qǐng)心懷你的好奇心，和我一起深挖太空垃圾這60年來(lái)的故事，看看我們頭頂上到底“藏”了多少東西。

認(rèn)識(shí)太空碎片

什么在繞地球“漂移”？

首先，什么是太空碎片？科學(xué)家通常將“在地球軌道范圍內(nèi)，由人類活動(dòng)產(chǎn)生而不再服務(wù)于正常任務(wù)的各類物體”定義為太空碎片，也叫作“空間垃圾”。這些碎片的大小有天壤之別，大到報(bào)廢的火箭殘骸、丟棄的衛(wèi)星，小到螺絲、涂層碎屑，甚至一粒小螺母都算。這些東西不像流星能被大氣燒毀，而是在距離地面幾百到幾千公里的高度長(zhǎng)時(shí)間繞地球高速飛行。

我的腦海里總喜歡把它們想象成一群作業(yè)做完亂丟書包的學(xué)生，久久不肯離開(kāi)操場(chǎng)，結(jié)果越堆越多。這種調(diào)皮的空間殘骸已經(jīng)成為一項(xiàng)全球關(guān)注的隱形危機(jī)。

太空碎片的誕生

約定俗成的“垃圾產(chǎn)生史”

讓我們回到1957年，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克1號(hào)”點(diǎn)燃了太空探索的熱火炬。當(dāng)時(shí)，人們并未意識(shí)到，每一次成功發(fā)射除了帶來(lái)激動(dòng)人心的科學(xué)成就，也可能遺留軌道上尚未墜落的火箭第一級(jí)、第二級(jí)殘骸，以及測(cè)試用裝置、甚至是掉落的螺絲刀等。

接下來(lái)的幾十年，隨著美蘇太空競(jìng)賽的加劇、民用/商用衛(wèi)星大發(fā)展，包括中國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)紛紛加入“太空俱樂(lè)部”，你發(fā)一顆，我發(fā)三顆，世界軌道上的“常住人口”逐年激增，每一次發(fā)射都可能為空間帶來(lái)更多“礦渣”。

更離譜的是，除了報(bào)廢物體，衛(wèi)星間的碰撞和火箭上爆炸等事故也制造了大量碎片。例如2007年中國(guó)實(shí)施反衛(wèi)星試驗(yàn)，2019年印度試射反衛(wèi)星武器，這類事件分別破壞了運(yùn)行中的衛(wèi)星，制造了數(shù)以千計(jì)的高速微型殘骸。一時(shí)間，各國(guó)的天空似乎都“烏云密布”。

視覺(jué)震撼

60年太空碎片大數(shù)據(jù)

2015年，一位來(lái)自英國(guó)的研究人員以動(dòng)畫的形式展示了近60年來(lái)太空垃圾數(shù)量的變化，形象地展示了人類的活動(dòng)是如何讓地球軌道變得更加擁擠不堪和充滿危險(xiǎn)。

圖源：wikipedia.org

在這個(gè)1分鐘的模擬動(dòng)畫中，過(guò)去60年的太空碎片增長(zhǎng)——那密密麻麻的光點(diǎn)讓人震撼：1957年為寥寥無(wú)幾的幾個(gè)點(diǎn)，到2015年已幾乎形成“光環(huán)”。尤其在近地軌道（LEO），太空碎片比流星還“熱鬧”，環(huán)繞濃度令人瞠目結(jié)舌。

——有資料顯示，目前受追蹤的直徑超過(guò)10厘米的太空碎片，數(shù)量已經(jīng)超過(guò)2.5萬(wàn)個(gè)；1~10厘米之間的碎片有幾十萬(wàn)之多；而1厘米以下的微小殘片，天文學(xué)家估計(jì)數(shù)量高達(dá)1億——這些“微塵”同樣具備極強(qiáng)的破壞力。

軌道垃圾為何可怕？

試想一下：在地球上，一顆網(wǎng)球高速擊打都會(huì)受傷，而一塊僅僅一顆花生米大小的殘骸，在太空繞行時(shí)速度可達(dá)每小時(shí)2萬(wàn)公里。如果它撞上空間站、運(yùn)行中的衛(wèi)星，后果簡(jiǎn)直不堪設(shè)想。歷史上，國(guó)際空間站為躲避碎片不得不改變軌道的緊急操作就發(fā)生過(guò)十幾次。回收船、太空艙上還多次發(fā)現(xiàn)玻璃窗被撞出針孔大的凹坑。

隨著衛(wèi)星領(lǐng)域爆炸式發(fā)展，人類對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航、天氣預(yù)報(bào)、通信等服務(wù)的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，一顆殘骸造成“連鎖反應(yīng)”——像多米諾骨牌一樣，撞裂更多衛(wèi)星、再形成更多碎片——這個(gè)過(guò)程被稱作“凱斯勒綜合癥”。一旦形成，軌道環(huán)境將變得極度危險(xiǎn)，甚至無(wú)法進(jìn)行后續(xù)發(fā)射。

主要軌道“垃圾帶”和衛(wèi)星分布

太空垃圾最密集的分布主要集中在三大區(qū)域：

近地軌道（LEO）：約200~2000公里，被大量遙感衛(wèi)星、空間站、高分通信衛(wèi)星“占領(lǐng)”，這里的碎片數(shù)量最多——許多地球觀測(cè)、空間實(shí)驗(yàn)都選擇在該軌道運(yùn)行，因此“住戶”最密集

中地球軌道（MEO）：主要有導(dǎo)航衛(wèi)星（如GPS、北斗、伽利略等），相對(duì)較遠(yuǎn)但可能存在不易監(jiān)測(cè)的碎片聚集

地球同步軌道（GEO）：距離地面約36000公里，為各種通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星的常駐“家園”，雖然垃圾總量不如近地軌道多，但一旦“報(bào)廢”很難驅(qū)離，只能變成“墳場(chǎng)軌道”的永久居民

主要空間機(jī)構(gòu)

如何應(yīng)對(duì)這場(chǎng)垃圾危機(jī)？

看到這里，也許你已經(jīng)不由得皺起眉頭，頭頂上如此擁擠，難道我們就聽(tīng)天由命了嗎？其實(shí)，從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，各大航天機(jī)構(gòu)和國(guó)家已經(jīng)高度重視空間垃圾風(fēng)險(xiǎn)。

預(yù)防式設(shè)計(jì)：新一代火箭和衛(wèi)星，普遍要求設(shè)計(jì)時(shí)考慮“任務(wù)壽命到期后能自行脫軌”或進(jìn)入專用“墳場(chǎng)軌道”，避免成為長(zhǎng)期垃圾。

空間態(tài)勢(shì)感知（SSA）與追蹤系統(tǒng)：美、俄、歐盟、中國(guó)等都建立了自己的空間目標(biāo)監(jiān)控雷達(dá)和光學(xué)傳感網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并精準(zhǔn)預(yù)警碎片靠近。

垃圾主動(dòng)清理技術(shù)探索：發(fā)射“垃圾捕捉衛(wèi)星”、拖網(wǎng)衛(wèi)星或使用激光推力器制造軌道阻力迫使碎片墜毀；近年來(lái)，多國(guó)正在推進(jìn)機(jī)器人臂回收、磁吸移除等科幻般的項(xiàng)目

國(guó)際法與合作：聯(lián)合國(guó)外空條約、空間碎片減緩準(zhǔn)則等國(guó)際協(xié)議對(duì)新發(fā)射任務(wù)提出限制和指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)“可持續(xù)利用太空利益全人類”。

太空環(huán)保的未來(lái)展望

想象一下，若未來(lái)人類要在月球、火星上建立基地，但地球出發(fā)都需穿越密布垃圾帶，會(huì)不會(huì)寸步難行？所以，科幻作品中的“太空環(huán)衛(wèi)工”或許將成為實(shí)際存在的新職業(yè)。

當(dāng)然，這場(chǎng)“清理行動(dòng)”還需要全球力量。以衛(wèi)星發(fā)射為例，除了技術(shù)進(jìn)步，還需更強(qiáng)的法律與國(guó)際協(xié)作、創(chuàng)新激勵(lì)。比如，鼓勵(lì)使用小型、可回收、分批投放的衛(wèi)星，限制爆炸性推進(jìn)劑或者要求所有火箭殘骸自帶“回收方案”等。

在走向浩瀚宇宙的征途上，人類留下的不止有藝術(shù)和科學(xué)，還有難以想象的太空垃圾包袱。但逆境帶來(lái)創(chuàng)新，困惑催生合作?；蛟S下一代看星星的時(shí)候，不再擔(dān)心頭頂漂浮的千絲萬(wàn)縷，而是為我們的智慧與責(zé)任感鼓掌。我的內(nèi)心相信，面對(duì)太空碎片危機(jī)，我們終會(huì)走向更清潔、更和諧的太空未來(lái)。

科普的最大意義，不只是讓我們了解宇宙的美麗和危險(xiǎn)，更是提醒每一個(gè)人——就算是舞臺(tái)布景之外的“垃圾”，也值得每一顆仰望星空的心去關(guān)注和守護(hù)。

來(lái)源：科學(xué)公園

編輯：月

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