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太空垃圾离我们有多远?

2012-03-29 09:37:48

文/蒋巍


今年924日,美国已经报废的高层大气研究卫星UARS)在失控状态下坠入地球,1023日,德国报废卫星伦琴也坠入地球。人们不禁会问:最近废弃卫星为何会屡屡失控?失控的卫星砸中人的概率是多少?太空垃圾对人会产生什么威胁?

 

卫星为什么会失控?

 

20世纪60年代以前,没人听说过太空坠落物,但是自1973年以来,每年有数百块太空垃圾坠落地球。由于从1957年到现在人类发射了许多不同的航天器,而绝大多数航天器都已经到达报废期,所以积累的太空碎片会越来越多。其实,人造航天器的碎片几乎每时每刻都在向地球飞驰和坠毁,但由于大气层的保护,很多碎片来不及坠落到地面就被燃烧殆尽;有些变得很小,已经没有多大威胁。大部分的碎片都坠落到了大洋里,永远不为人类所知。万幸的是,迄今没有大型的太空垃圾坠向地球,因此也尚未伤人。

 

目前有几种控制航天器坠地威胁的方法:1、把退役航天器转移至不妨碍其他航天器运行的轨道;2、将退役航天器引导坠入指定海域;3、体积较小的航天器可以任其自由坠落,在大气层中完全烧毁。

 

那么美国的这颗卫星为什么会失控坠入地球?美国航天局通常引导废弃卫星进入太空中的所谓死亡轨道或者坠入大海,但由于UARS燃料不足,地面已无法对其进行引导。美国宇航局让UARS坠落地球,希望卫星在进入大气层过程中燃烧殆尽。卫星残片后来在加拿大西部小镇奥普托克斯坠地。

 

卫星撞地球其实和陨石坠入地球是一个道理,而坠入地球的陨石一般直径超过1千米才会对地球构成威胁。失控卫星对地面的主要威胁来自于体内的硬骨头。大多数卫星被撕裂后经过在气层摩擦,基本上都会在大气层中被烧毁,很少会出现砸到地表的可能。而这次的卫星会落到地表上是因为它属于大型卫星。

 

  科学家能否预测残骸落点?

    

目前,如果卫星失控,究竟会落在什么地方是没有办法预测的。

 

以前,大的部件损毁是由人工控制的,虽然也很令人担心,但是毕竟还有一定把握;而这次因为没有主动刹车,也就是没法控制在太空中轨道一点点地衰减,所以落点无法控制。因为,卫星重新进入地球的时间稍有变化就会造成坠落位置谬以千里

 

美国空军可以用雷达追踪UARS的运行轨迹,但是即便在进入大气层之前两小时,沿着1万千米长的碎片运行轨迹,科学家对任何地方的碎片进行预报都会产生许多误差。

 

  落地卫星击中人的概率是多少?

 

卫星失控的本身概率很小,即便失控了撞向地球,也不是所有卫星都有残留物撞到地球上。即便残留物撞到地球上,砸到人的概率也很小。科学家估计,卫星碎片砸到人的几率约70亿分之一。

 

这个数字是如何计算出来的?这不但是一个数学问题,也是一个物理问题,并需要了解再入轨的天体。科学家分析了随着UARS再入轨,会有哪些组件闯入大气层,这些碎片的形状以及它们的构成。所有这些都被输入一个计算机程序,从而计算每个碎片是否足够热并燃烧殆尽,如果不是这样,那么它们在击中地面之前将运行多远的距离。然后还有一个问题便是它会击中什么。你可以排除由水体构成的行星表面70%的面积,和南北纬57度向极的区域那里不是太空卫星轨道运行的范围,以及实际上是空白的地球区域,例如亚马逊河、澳大利亚的大部分地区、撒哈拉沙漠、青藏高原、西伯利亚的大部分地区,甚至美国的西部地区。对于UARS的碎片来说,人类是一个非常困难的目标,即它所要击中的总面积仅仅为22平方米。在太空时代54年的历史中,尽管由人造卫星和火箭箭体组成的一直在下,但从没有一个人被坠落的碎片击中。

             

太空垃圾相撞的危险

 

科学家认为,太空垃圾撞击地球的概率很小,对人类不会产生重大威胁,但是,太空中垃圾相撞却是一件让人头疼的事情。91日,美国全国研究委员会公布报告称,地球上空的太空垃圾数量已经达到临界点,相撞的机会大增,并威胁1000个人造卫星的安全。自上世纪50年代开始进军宇宙以来,人类已经发射了4千多次航天运载火箭。据不完全统计,太空中现有直径大于10厘米的碎片9千多个,大于1.2厘米的有数十万个,而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒可能数以百万计。它们是宇宙交通事故最大的潜在肇事者,对于宇航员和飞行器来说都是巨大的威胁。要知道,太空垃圾是以宇宙速度运行的。一颗迎面而来的直径为0.5毫米的金属微粒,足以戳穿密封的飞行服;人们肉眼无法辨别的尘埃(如油漆细屑、涂料粉末)也能使宇航员殒命;一块仅有阿司匹林药片大的残骸可将人造卫星撞成残废,可将造价上亿美元的航天器送上绝路。在人类太空史上,太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。

 

目前地球周围的宇宙空间还算开阔,太空垃圾在太空中发生碰撞的概率很小。但令航天专家头疼的是雪崩效应”——每一次撞击并不能让碎片互相湮灭,而是产生更多碎片,而每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。如果有一天,等地球周围被这些太空垃圾挤满的时候,人类探索宇宙的道路该何去何从呢?太空垃圾与温室气体、核废料存储等问题一样,短期的影响都不大,但如果长期得不到处理,未来将对人类社会影响巨大。

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