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太空垃圾:私有企业持续推动卫星发射引起天文学家担忧
2020年08月28日    来源:天文在线

越来越多卫星的发射让近地轨道变得越来越拥挤,这会阻碍对太空中远处物体的观察,也会对卫星和其他航天器造成影响。采取措施清除现有碎片、多余的卫星可以解决太空垃圾的问题,这样人类通往太空的道路才能真正打开。

太空垃圾使近地轨道变得拥挤。

1957年,斯普特尼克1号(人造地球卫星1号)发射升空,从那时起,越来越多的卫星发射到太空,近地轨道愈加拥挤,时至今日至少有2200颗卫星环绕地球。那些卫星与运载火箭分解、碰撞和爆炸后的残骸一起充斥着近地轨道,远远看去,这些太空碎片拥簇着,就像笼罩着一团雾气。

如今,这一情况愈演愈烈。SpaceX星链计划发射了最新一批60颗卫星,现已有总计超过500颗星链卫星漫步在近地轨道,这项计划目的是为全人类提供低廉的卫星互联网服务,最终将在地球近地轨道覆盖12000颗卫星。

雪上加霜地是,亚马逊的卫星计划,加拿大Telesat公司的低轨星座项目以及同等规模的卫星星座规划层出不穷,这将使地球近地轨道变得更加拥挤。

太空碎片的大小从几微米到几十米不等。斯克莱德大学的航空航天工程师斯图尔特·格雷制造了一台效果惊人的可视仪,通过这台仪器找到了近地轨道上2万多个超过4英寸(10米)的机械碎片。但是还有大量0.04英寸(1毫米)甚至更小的微粒存在。

探索宇宙的信息之窗将要关闭?

夜空中这些移动着的发光物体日益增加,业余天文学家对此表达了担忧,他们的疑虑也许对专业人士来说更值得关注。

对于在地面上观察星空的天文学家来说,近地轨道愈加拥挤是不可避免的结局。卫星明亮的表面能够反射太阳光——造成一束光直射地表的现象。像这样集中且突然的光束要比弱光源强烈,从天文学家的观测结果来看尤为明显,而且阻碍了观测远地天体的视线。

人们在现有的光学望远镜上已花费数十亿资金,在未来十年,将会在新平台上投入更多资金,例如在智利阿塔卡马高原正在修建的欧洲极大望远镜。在巨大财力的支持下,观测时间的竞争尤为激烈,所以任何来自卫星反射的潜在威胁都需要严谨处理,否则某些观测结果会使我们对宇宙产生曲解。

SpaceX已公开承诺星链计划不会让目前形势更加严峻,并宣布他们已采取措施,降低卫星对天文观测的影响——检测黑色涂层是否能降低卫星的可见度,必要时调整部分卫星的轨道。

SpaceX已发射了计划卫星的3%,不管怎样他们回应了天文学家提出的疑虑,其他相关机构也正面回应他们的卫星星座规划将不会对天文观测造成更大的影响。这使得问题的解决有了希望。

近地轨道拥堵不堪也对卫星和航天器有影响,其中也包括载人航天飞船。卫星需要达到一定速度以挣脱地球引力才能到达预定轨道,这一特定速度取决于距离地面的高度,距离地球越近,其轨道速度越快。

距离地面124英里(200千米)的卫星,所需轨道速度约17000英里/时(约7.4米/秒)。在同一轨道中卫星或是其他航天器脱落的任一物体都保持相同的轨道速度。如果与脱落物体相撞,其综合速度可能达到34000英里/时(在正面相撞的情况下),其巨大的冲击力会对宇航员和空间站产生严重影响——就像2013年的电影“地心引力”中惊心动魄的开场一样。

卫星和航天器上装有冲击防护罩,在距离撞击不到0.4英寸(1cm)时会使其停止运动。最好的情形是防护罩会发挥它的作用——即使产生的电磁脉冲会干扰航天器的电子系统。而最坏的结果是巨大的太空垃圾碎片穿透航天器,使其内部受损、崩裂,进而导致航天器无法安全执行任务。

很多太空机构,诸如NASA(美国国家航空航天局)和ESA(欧洲航天局),为此而设立了轨道碎片研究项目,通过观察这些碎片制定相应策略,以减少太空垃圾带来的麻烦。

如今,还有一个问题亟待解决。我们不断开发利用太空并使其商业化,同时也增加了风险——轨道碎片与航天器相撞。因此,无论是国立机构还是商业机构,都必须正视这一问题,努力做到大力支持相关措施的实施,清除现存残骸碎片,降低灾难事件发生概率;清除多余卫星及航天器,减少隐患。例如,碎片清理(RemoveDebris)卫星利用其装载的“鱼叉”来捕获太空垃圾。

总而言之,清除太空垃圾迫在眉睫,唯有到真正解决的那一天,我们望向太空的视野才会更加清晰明亮,通往太空的道路才会更加宽广无阻。