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太空“垃圾”,离你并不遥远

来源:光明网2018-07-31 10:09

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    自1957年发射第一颗人造卫星以来,人类探索太空的历史已有60年,近6000次发射将超过8000颗卫星送入地球轨道。

    这么多卫星去哪了?运行过程中是否有物体遗留在太空?它们有没有危害?要怎么处理?我们将通过三期漫画,为大家介绍这些太空“垃圾”所包含的科学知识。

    一、空间碎片的来源

    空间碎片是指太空中人造的无功能物体,是人类航天活动的垃圾产物。简单来说就是失效卫星、火箭残骸、卫星运行过程中产生的垃圾、卫星和火箭残骸的破裂或解体产生的物体,以及以上这些物体间发生碰撞产生的物体等。

    越是卫星密集的轨道,空间碎片数量越多。高度2000公里以下的近地球轨道LEO,20000公里左右的中地球轨道MEO,36000公里左右的地球同步轨道GEO是空间碎片的密集运行区域。

太空“垃圾”,离你并不遥远

    目前能够被跟踪到的大于10厘米的空间物体超过了20000个,这些空间物体中只有约5%是仍在工作的卫星,其余95%都是空间碎片,主要包括15%失效的卫星、18%运行相关的碎片和火箭残骸、62%的解体碎片。

太空“垃圾”,离你并不遥远

    小尺寸的空间碎片数量居多。据估计,目前1厘米的空间碎片超过50万个,而大于1mm的碎片已超过1亿个。

    二、空间碎片的危害

    卫星运行时遭遇大大小小空间碎片的频率很高,而不同尺寸的空间碎片对卫星的危害程度是不同的。

    01超高速撞击的巨大破坏力

    地球的卫星和太空中的空间碎片,通常以第一宇宙速度运行。以此速度运行着的卫星,如果不幸被一块1厘米的小碎片撞到,所造成的破坏,与被一辆1吨重的轿车以50km/h的速度撞击航天器的效果相当,卫星几乎会粉身碎骨

太空“垃圾”,离你并不遥远

    即使小至毫米和微米的碎片,对卫星的在轨运行也会带来极大的危害,大量小碎片与航天器碰撞,会造成卫星表面的砂蚀或穿孔、改变卫星表面性能或造成器件损伤,甚至彻底毁坏

太空“垃圾”,离你并不遥远

    02大型碎片陨落的威胁

    空间碎片还可能对地面人员及财产安全造成威胁。每年都有400个左右的空间碎片进入大气层,其中的大型碎片,将严重威胁地面安全。

    众所周知,低轨道碎片由于受到大气阻力的作用,其高度会逐渐降低。当运行到120公里以下高度区域时,会加速下降直至进入地球大气层。大部分碎片受大气摩擦会被烧毁,偶尔一些未被烧蚀的大碎片将掉落到地面,这些类似陨石的“天外来客”一旦落到人口稠密区,将有可能造成人员的重大损伤或建筑物的损毁。

太空“垃圾”,离你并不遥远

    由于陨落地点和时间的极大不确定性,每有大型碎片陨落,全球各国都会将其作为重大威胁事件给予极大关注。如2011年,一颗如公共汽车大小的,美国高层大气研究卫星的陨落,就引起了全球恐慌。所幸最终落入海洋,未产生损伤;发生在2018年4月的“天宫一号”再入事件,也同样引起了全球的关注。

    大大小小的空间碎片陨落事件每天都在发生,其中不乏大型失效卫星和碎片,它们对人类的威胁时刻存在。

    03可怕的“雪崩效应”

    由碰撞解体事件产生的大量空间碎片,它们在太空高速飞行,增加了再次发生碰撞的可能性,碰撞碎片的不断产生,对有限的轨道资源构成了严重威胁。

    当某一轨道高度的空间碎片密度达到某一临界值时,碎片之间极有可能产生可怕的链式碰撞,引发“雪崩效应”,导致空间碎片数量急剧增加,卫星轨道资源将会遭到永久性破坏,人类对太空的探索和利用将不得不终止,这种现象称为“凯斯勒效应”。

太空“垃圾”,离你并不遥远

    好啦,空间碎片的来源和危害已经为大家介绍完毕,大家是不是为太空中运行的卫星开始担心啦?想不想知道卫星如何避开这些威胁?科学家又是如何应对大型碎片陨落事件呢?精彩内容且听下回分解。

    作者简介:刘静,国家天文台研究员,国家航天局空间碎片监测与应用中心副主任,国家空间碎片科研专项专家组副组长(兼预警和数据应用组组长)。机构间空间碎片协调委员会环境和数据库组中国代表,2011至2012年任该组主席;2011年至2018年任联合国外空长期可持续性工作组专家,代表中国参加外空碎片规则谈判。

    原文提供:刘静

    文字改编:阿呆

    漫画绘制:元博

[ 责编:蔡琳 ]
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