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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9月24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，10月23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“雨”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。9月1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。
