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验证碎片清除技术 “太空环保” 彰显中国担当

中华环保宣传网更新时间:2018/4/14 9:44:44

卫星太阳能板被太空碎片击中示意图
图来自百度网

航天器遭受太空碎片袭击解体示意图
图来自百度网

地球被各类太空碎片“围困”示意图
图来自百度网


2015年6月,中国国家航天局空间碎片监测与应用中心揭牌仪式举行
(新华社发)


近日,绕地球飞行6年半的“天宫一号”从南太平洋中部区域再入大气层,绝大部分器件在空中分解并烧蚀销毁。社交网络上有外国网友晒出“天宫一号”残骸进入大气层燃烧的影像:先是有几块闪亮的碎片在空中快速滑行,不久后碎片燃烧起来,在天空拖拽出数道耀眼的光轨。

与之前一些外国媒体所担心的完全不同,天宫一号完美谢幕,既没有对地面造成任何威胁,也没有制造太空垃圾。实际上,作为负责任的航天大国,中国一直致力于“太空环保”,不仅尽力呵护太空环境,而且尽其所能参与太空碎片和太空垃圾的清理行动,为营造安宁有序的太空环境做出自己的贡献。


约7500吨太空垃圾高速飞行

说起太空垃圾,人们可能首先会想起那些从太空坠落的人造飞行物残骸。事实上,几乎每周都有航天器残骸落入大气层,其中大部分都会在再入大气层时燃尽,基本不会对人类构成威胁。真正危害巨大的太空垃圾是那些在地球轨道中掉不下来的废弃物。火箭科学家称之为空间碎片或轨道碎片,指宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体,包括航天器发射过程中产生的碎片、航天器表面脱落的太阳能面板和油漆、火箭和航天器爆炸碰撞产生的碎片,甚至是宇航员在太空行走时失手落下的手套。这些碎片在地球轨道上以3-8公里每秒的速度高速运动,碰撞时相对速度可达每秒10公里以上。一块直径10厘米的太空垃圾就可以将航天器完全摧毁,几毫米大小的碎片就有可能使它们无法继续工作。

自苏联研制发射的第一颗人造地球卫星斯普特尼克一号上天至今的60多年间,人类已先后将7500余颗卫星送入太空。它们一方面给人类生活方式带来革命性变化,另一方面也产生了太空垃圾。目前,人类发射的卫星中有4300颗依然在太空漫游,只有约1200颗依然在运作,约有7500吨太空垃圾在绕地球飞奔,且数量正以每年2%-5%的速度增加。这些不受控制的太空垃圾无时无刻不对卫星、航天飞机以及国际空间站的安全构成威胁。

太空垃圾频频“交通肇事” 

曾经相当长一段时间,美苏等航天大国根据当时流行的“大天空理论”,并没有认识到太空碎片的危害。该理论认为,鉴于太空无比辽阔,它们与航天器相遇的概率极低,再则,太空碎片最终都会再入地球大气层自行烧毁。因而,产生任何废弃物或火箭碎片等太空垃圾都不会有什么危害,哪怕一个巨大的太阳能电池板碰巧脱落在太空,人们能做的也只是祝它“一路顺风”。然而,该理论面临的问题是随着人类航天活动逐渐变得密集和空间碎片的持续增多,太空已经不再显得那样“辽阔”,相反,逐渐变得“拥挤”起来,航天器与太空碎片相撞的概率大大增加。另一方面,太空碎片虽然会再入自行烧毁,但是问题是需要多久,有些可能只需要几年,而那些处于较高轨道的可能几十年也不会进入地球大气层。

太空碎片的危害早已不再只是一种“担心”而是活生生的“现实”,给世界航天事业发展造成了严重损害。1983年,美国航天飞机“挑战者号”与一块直径0.2毫米的涂料块相撞,导致舷窗被损,只好停止飞行。1986年,欧洲空间局的“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸,爆炸残骸成为太空垃圾,致使两颗日本通信卫星遭到毁坏。1991年9月15日,美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与苏联的火箭残骸相撞,当时两者仅仅相距2.74千米,幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号,否则后果不堪设想。2009年2月10日,美国铱星公司的通信卫星“铱星33”与一颗报废的俄罗斯军用卫星相撞,产生2000多片碎片,每个碎片都如同一发炮弹,能够轻易摧毁任何昂贵设备。

太空碎片的威胁呼唤国际航天界采取行动。1993年10月26日,由美国航空航天局、欧洲宇航局、日本宇宙开发事业团和俄罗斯航天局联合发起的机构间空间碎片协调委员会(IADC)成立。2007年,协调委员会推出了《IADC空间碎片减缓指南》,要求防止航天器在轨期间解体、正常运行期间限制释放物体,已到飞行寿命末期的航天器应当从密集轨道区域移除等。该指南得到国际社会的广泛认可。美国航空航天局的轨道碎片办公室也设定了一系列规则,包括限制可丢弃的垃圾类型,要求卫星运营商将退役的飞行器升入“坟场轨道”,以及在卫星寿命结束25年之后,使其在大气层中燃尽自毁。

中国投身太空环保不遗余力

作为航天后起之秀,中国一直高度重视“太空环保”工作。早在1995年,中国国家航天局就正式加入机构间空间碎片协调委员会。从2000年起,中国启动了“空间碎片行动计划”,为载人航天、探月工程等提供了空间碎片监测预警技术服务。根据该行动计划,开发了高性能防护材料和先进防护结构,颁布了《空间碎片减缓与防护管理办法》,对现役长征系列运载火箭实施末级钝化处置,并多次对废弃卫星实施离轨处理。2004年10月,“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”成立,并把“积极研发空间目标与碎片的探测、识别等应用技术,建成中国空间目标与碎片的实测和研究基地”列为宗旨之一,建立了管理和数据处理中心,架设了观测设备和数据通信网。2008年12月,“中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室”成立,并在卫星动力学、空间碎片碰撞预警计算等方面取得了一批重要成果,在“神舟”系列空间碎片监测预警任务中得到重要应用。

2015年,中国国家航天局空间碎片监测与应用中心正式成立。它具备航天器发射预警、空间物体安全再入、航天器解体分析、空间碎片环境评估等能力。其成立有利于推进中国空间碎片技术发展,提升空间碎片管理和服务能力,保障航天器在轨运行安全,维护中国外空发展权益。据统计,该中心成立当年就发出“有碰撞风险”的红色预警达87次。特别值得一提的是,该中心通过精确分析,成功帮助委内瑞拉遥感卫星一号规避太空碎片风险。

中国空间技术研究院副院长、空间碎片行动计划专家李明介绍说,中国已确定实施了以数据库为载体的“空间碎片探测预警工程”、以防护设计专家系统为载体的“空间碎片防护工程”和以空间碎片减缓设计标准为载体的“空间环境保护工程”的3大主题工程。

2016年6月25日,“太空环保”迎来历史性时刻:“长征七号”运载火箭携带“遨龙一号”空间碎片主动清理飞行器发射成功。“遨龙一号”是世界上首个主动的轨道碎片离轨清除实验项目,它装载了一台机械臂,模拟抓取废弃卫星和太空碎片,并将它们带到大气层烧毁。这是中国在世界航天领域独领风骚的杰作。

中国载人工程航天办公室副主任武平说,“遨龙一号”在前期技术研究和地面试验的基础上,以模拟的空间碎片为目标,验证碎片清除关键技术,任务结束后进行钝化处理。中国国家航天局秘书长田玉龙则进一步表示,中国在空间碎片清除、空间站建设等需求牵引下,空间机器人及空间人工智能发展迅速,将在空间环境治理机器人等领域开展技术攻关。

作者:张保淑来源:人民网-人民日报海外版

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