科普作品《遗祸人类的太空垃圾》

简介梗概

航天科学迅猛发展，大量人造卫星被人类送上天空。仅外界所知，苏联就有3000多颗人造卫星在太空遨游，履行着人类赋予的种种使命。始料不及的是，这些代表人类科技进步的使者也在日益给人类构成危险。

作者自述

太空产业欣欣向荣的背后，却隐藏着巨大的危机和风险——悬在我们头顶的众多太空垃圾。

《遗祸人类的太空垃圾》正文节选

背景

太空，是人类从古到今所仰望和向往的地方，浩瀚星空，亘古不变。自古代以来，就有嫦娥奔月、女娲补天的美好传说，让人神迷其中。而1957年人类进入太空之后，“太空”这个梦幻的字眼已经深深的影响了人类的发展与生活。

为了征服太空、探索太空，人类倾尽所有智慧，开发了各种科技手段。于是，一个个太空产业如同雨后春笋般，悄然诞生了。太空产业是一个广义的概念，包括航天产业、太空农业、太空工业、太空旅游业等诸多分支部门。以太空农业为例，科学家们发现利用太空环境的微重力、强辐射、高真空的特点，可以使种子的性状发生改变，从而培育许多高品质的优良新品种。于是，各国政府纷纷发射了太空飞船，进入太空。

太空产业可谓意义重大。首先，太空产业的成果对于国家安全构成重大影响，21世纪世界航天与太空科技的竞争成为综合国力的制高点之争，而与航天和太空相关的产业发展也注定成为各主要科技大国战略性的竞争内容。此外，太空产业的开发有利于太空资源的利用，推动着国家经济的发展和科技的进步。尤其是在地球各种资源日渐枯竭的今天和未来，对太空资源的开发和利用更日益突出了其重要性。掌握太空科技无疑将抢占未来科技发展的制高点。太空，这个蕴藏着无限宝藏的宝库，正吸引了一代代的人类去探索。

太空产业的重要意义使各个国家无不重视并大力发展，各航空大国纷纷制定了太空计划，逐鹿太空。美国在2004年就公布了太空计划，包括探索火星等一系列涵盖航天各个领域。俄罗斯紧随其后，在2005年公布了预算高达105亿美元并且包括载人前往火星的太空计划，花费重金发展本国的航天产业。2005年初，欧洲航天局也公布了火星探测计划，宣称在30年内登陆火星。同时，日本宇宙航空研究开发机构的预算也增加了六倍，达6万亿日元。甚至印度也增加了火星探测的航天计划……各个大国对太空科技无不重金投入，对太空产业的发展更是不遗余力，全力以赴。于是，各式各样的地球卫星、空间探测器都飞上了天空：科学卫星、通信卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、截击卫星、技术试验卫星、空间物理探测卫星、天文卫星……可谓五花八门，种类繁多。

目前，人类社会的政治、经济、科技、军事等各个领域都离不开太空的支持。太空中的各种卫星为我们提供测绘、通信、导航、气象等各种信息与服务，维持社会体系的正常运转。尤其是在突发灾害和重大事故中，太空更是承担着重要角色。太空提供的各种情报信息、精准定位和快速数据分发能力是国家安全应急体系高效工作的基础与前提。在2004年印度洋海啸、2005年克什米尔地震、2011年日本核反应堆泄漏等事件中，卫星实时高分辨率图像为紧急救援提供了重要支持，也为后续开展后勤指挥、人员安置、安全防护、物资分发、交通运输及搭建通信网络等，提供了巨大帮助与支持。

太空还成为打赢信息化战争的决定性因素。从近几场局部战争实践看，侦察监视、通信、导航、气象等卫星在夺取战场信息优势、提高武器装备作战效能等方面发挥的作用越来越大，已成为打赢信息化战争至关重要的支撑。目前，任何一次军事行动都离不开太空的支持。利用天基侦察卫星提供的监视地区卫星图像，通过不同时段图像比对分析，发现该地区西北方有挖掘的痕迹，初步判断出行动位置；由气象卫星提供行动时间内地球与太空天气预报；利用卫星提供不间断通信，确保指挥控制顺畅；利用和调控全球定位系统（GPS）卫星，将信号增强至最优级，确保联合制导攻击武器精确击中目标。未来战争中，谁控制了太空，谁就能够掌控制空权、制海权和制陆权。正如鹰是飞行动物食物链的最高端，太空已成为“战争食物链”的最高端。

然而，太空产业欣欣向荣的背后，却隐藏着巨大的危机和风险——悬在我们头顶的众多太空垃圾。

太空垃圾的由来

由上一章我们知道，近年来，宇宙航天技术日益发展，各式各样的卫星和航天器等越来越多，包括气象火箭，气象卫星，宇宙空间站等，它们为太空垃圾的产生埋下了伏笔。下面我们来详细了解一下到底什么是太空垃圾。

太空垃圾（space debris或space junk），是指在绕地球轨道上运行，但不具备任何用途的各种人造物体。这些物体小到固态火箭的燃烧残渣，大到在发射后被遗弃的多级火箭。构成这些碎片的东西是，废弃的航天器和报废卫星，火箭外包装，碰撞和对接期间产生的金属片，螺母和螺栓，不慎丢弃的工具，大块冰冻火箭燃料，以及从载人飞船上扔下的宇航员排泄物。它们有撞击其它航天器的风险，某些太空垃圾在返回大气层时也会对地面安全造成威胁。由于太空垃圾以轨道速度运行，若与它们相撞可能会严重损坏尚在运作的航天器，甚至威胁到宇航员在舱外活动时的生命安全。根据2006年美国航空航天局公布的数据显示，10厘米以上大小的太空垃圾已经达到了1.7万片，2.5到7.5厘米的超过20万片，更小的则数以百万计。太空垃圾的总质量达到了4990吨，其主要生产国家是俄罗斯、美国、印度、日本等。美国国家航空航天局的科学家曾这样说道，即使从现在开始停止发射任何卫星和火箭，太空垃圾仍然会增加，因为现有的太空垃圾会相互碰撞并且断裂形成更多碎片，这一速度大于垃圾因坠回地球等因素消减的速度这种效应就是所谓的"凯斯勒现象"， 是以 1978 年首次描述它的美国宇航局科学家命名的。 "凯斯勒现象"使太空垃圾形成可以自我维持的碎片群。这些碎片群不仅对卫星是灾难性的， 对宇航员也是致命的，正如电影 《地心引力》 所描述的那样。太空垃圾与温室气体、核燃料存储等问题一样，短时间内影响不大，但是如果长期得不到解决，将埋下巨大的隐患。由此看来，太空垃圾危害极大。随着太空探索的推进，太空垃圾的数量逐年递增，太空垃圾问题开始日益受到关注。

太空垃圾的名目繁多：大的有已经“寿终正寝”，但仍在空间轨道兜圈子的卫星、空间站等航天器，被遗弃的运载火箭推进器残骸；中等有意外爆炸形成的碎片，如1996年6月3日，美国一枚飞马座火箭发生爆炸，共产生了约300000个危害性碎片；小的有一些零部件，如星箭分离用的爆炸螺栓、卫星包带和弹簧等；更多的则是极其微小的空间微粒，如航天器脱落的油漆颗粒等。

航天科学迅猛发展，大量人造卫星被人类送上天空。仅外界所知，苏联就有3000多颗人造卫星在太空遨游，履行着人类赋予的种种使命。始料不及的是，这些代表人类科技进步的使者也在日益给人类构成危险。

太空垃圾的危害

1、增加了宇宙垃圾

当人造卫星寿终正寝时，其残骸和碎片将充斥天空。已知数量已达15000多个，形成无法扫除的太空垃圾，对于正在运行的卫星构成潜在的危害。

如1981年7月，苏联宇宙1275号卫星，在发射后被一个横冲直撞的金属块击中被分裂成百余块碎片。

1983年，美国航天飞机“挑战者”号与一块直径0.2毫米的涂料剥离物相撞，导致舷窗被损，只好停止飞行。前苏联的“礼炮—7”号轨道站也多次被此类“尘埃”损坏。1986年，“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸，成为564块10 厘米大小的残骸和2300块小碎片，这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星“命赴黄泉”！1991年9月15日，美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞，当时“发现者”号与这个“不速之客”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，它才免于丧生。据计算，目前太空轨道上每个飞行物发生灾难性碰撞事件的几率为3.7％，发生非灾难性撞击事件的可能性为20％。以此计算，今后将每5～10年可能发生一次太空垃圾与航天器相撞事件，到2020年将达到2年一次。

NASA（美国国家航空航天局）忧心忡忡地公布：2005年1月17日，南极上空885公里，发生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一块31年前发射的，美国雷神火箭推进器遗弃物，与中国6年前发射的长征四号火箭CZ-4碎片相撞。这是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。

最早提出“太空垃圾”概念的是防空部队的值班人员，因为监控宇宙空间的部门每天要监视5万多个物体，太空垃圾常令他们迷惑。16年前，加拿大某气象台宣布，发现了英仙星座附近有星体爆炸。后来才弄清楚，这不过是一颗废弃人造卫星在太阳光反射下造成的效果。另据俄报载，1987年，曾发生过因连接器拧不紧，“量子”舱无法同“和平”号对接的情况。当时，经验丰富的地面控制中心认为，舱外肯定有物质干扰对接，于是派一个考察组上去检查，结果发现那里有一个金属残片。这样不仅仅消耗了人力资源，还浪费了大量金钱去检查故障。

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。但由于其在经过大气层与空气产生的急剧摩擦使得这些垃圾在未通过大气层时就自我燃烧殆尽，在大气层的保护下就自我毁灭了。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。

美国东部时间2009年2月10日上午11时55分（北京时间2月11日晚0时55分），美国和俄罗斯的两颗通信卫星在太空相撞并产生大量太空垃圾，这极有可能会对国际空间站构成威胁。

美国宇航局（NASA）表示，他们还需要数周时间来判断此次事故带来的破坏程度，目前只是在对约500块体积较大的碎片进行跟踪。

根据其通报，这次卫星相撞发生地点位于西伯利亚上空790公里，两颗相撞的卫星分别是美国1997年发射的一颗铱星，以及俄罗斯1993年发射的一颗卫星。前者是铱星公司运行中的66颗通讯卫星之一，后者则是一颗报废的俄罗斯卫星。这也是人类历史上首次发生卫星相撞事故。

产生的太空垃圾多集中在轨道高度小于2000千米的低轨道上，并形成垃圾带，由于其衰减受到太阳活动和大气层的影响，所以随着太阳活动的进一步增加，越来越多的垃圾将会进入低轨道，经过了国际空间站的轨道，最后进入大气层销毁或者是坠落到地面上。

2、卫星坠落，也会造成意外的人身伤害。

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。

不要小看这些太空垃圾，由于飞行速度极快（6～7公里/秒），它们都蕴藏着巨大的杀伤力，一块10克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞——卫星会在瞬间被打穿或击毁！试想，如果撞上的是载人宇宙飞船……

而且人类对太空垃圾的飞行轨道无法控制，只能粗略地预测。这些垃圾就像高速公路上那些无人驾驶，随意乱开的汽车一样，你不知道它什么时候刹车，什么时候变线。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。

1987年9月，瑞典一位77岁老人柏森在林中，伐树时被从天而降的一块卫星碎片击中手臂，成为世界上第一个被太空垃圾击中的不幸者，同时坠落的核卫星还会导致局部地区环境的严重污染。一般坠落到地面的核卫星放射性总计量约为19000到23000居里，已超过国际允许的标准，严重后果可想而知。

航天大国，美国就先后三次发生卫星坠落事件。幸好是落入大海。核装置部件未被损坏而及时收回，才没有造成多大的危害。

另一个航天大国苏联却没有这么幸运。1977年9月18日，发射的宇宙954号核动力卫星在轨道上运行三个月后失去控制，坠落在加拿大西北部约6000平方公里的冻土地带。放射剂量严重超过国际标准，造成大面积污染。

为了减少损失和查明灾情有美国，苏联，加拿大三国组成的搜寻队已经一年的时间搜寻碎片。耗资600万美元，事情到此并未了结，加拿大诉诸国际法庭，苏联败诉，像加拿大赔款300万美元。

时隔十年，又有一颗卫星坠落引起了许多国家的不安，这颗苏联海洋核动力侦察卫星，于1988年10月底坠落地球。卫星上装有大功率的雷达，用于探测全球的水面船只及核潜艇活动。按原设计，当该卫星燃料耗尽时，由地面发出指令，将其一分为三，在重返大气层时，因热力摩擦而烧毁器和反应堆即可推送至800km以上的轨道。用自毁装置将其炸毁，但是这颗卫星的上述两个功能都有损坏，完全失去控制。苏联宣布，这颗卫星与地面控制中心失去联系，尤其是它的核反应堆已无法按既定程序与卫星主体分离，很可能造成整体坠落事故，各国对此惊恐万分，纷纷采取应急措施。英国国防部采取一切手段，严密监视跟踪卫星，美国航天局昼夜24小时。监视该卫星的运行，法国专门设置了总统直接领导的机构。一旦该卫星落入法国领土就立即行动，50架直升机随时待命。更令人担忧的是卫星具体掉在何处，只有在其绕地球最后几圈时才能确定，人们只能提心吊胆的密切注视着事态的发展，幸而该卫星在印度洋上空烧毁，核动力装置升入720公里的轨道继续运行。

3.那些年从天而降的太空碎片

（1）俄罗斯Zenit-3火箭油箱

一名徒步旅行者在美国科罗拉多州西北部一个坑中发现一个球形物体，摸上去仍是温的。根据不久前公布的一份轨道碎片报告，这名旅行者随即给军方航空航天官员打电话，官员们建议他联系当地警察局。最后，这名旅行者找到了美国宇航局负责跟踪太空垃圾的办公室。经过分析，这个球形物体是1月发射升空的俄罗斯Zenit-3火箭的油箱。值得一提的是，美国发现的这种太空垃圾并不多。

（2）美国德尔塔Ⅱ火箭组件

1997年1月，俄克拉荷马州的一名妇女夜晚外出时发现空中出现一条光带，随后感觉到肩膀被什么东西轻拂。事后证明，这块太空垃圾是1996年发射的美国德尔塔Ⅱ火箭的组件。幸运的是，这名妇女并未受伤。宇航局报告称，大约同一时间，德尔塔Ⅱ火箭一个重580磅(约合260公斤)的油箱坠落德克萨斯州，险些击中一座有人居住的农舍。

（3）前苏联“礼炮7号”空间站

在“礼炮7号”空间站脱离轨道向下移动时，前苏联工程师试图控制空间站坠毁大西洋。他们的努力最终化为泡影，8.8万吨(约合3.9916万公斤)的空间站——人类历史上制造的最大的人造天体之一——的碎片坠落阿根廷，当地居民目睹了发光的碎片划过天际的景象，所幸没有人受伤。

（4）欧洲阿里安5火箭组件

2000年，海滨流浪汉在德克萨斯州柯柏斯-克里斯蒂海岸发现了一个神秘物体。事后证明，这个物体是欧洲阿里安5火箭的前端组件。当时，发现者希望将其改造成一个热水浴缸。宇航局的约翰逊说：“我们最终让他相信，那并不是一个好主意。”

4.威胁宇航员安全

电影作品《地心引力》（第七章还会提到）中，宇航员主人公们就因为太空碎片而遇险。

深邃浩瀚的外层空间，蔚蓝的地球与深不见底、漆黑一片的宇宙形成鲜明对比。一台隶属美国的空间站，数名宇航人员正进行太空漫步，对所属卫星做着例行检查。初上太空的瑞安·斯通博士（桑德拉·布洛克 Sandra Bullock 饰）在经验丰富的宇航员麦特·科沃斯基（乔治·克鲁尼 George Clooney 饰）的协助下，有条不紊地检查每一个部件。此次是科沃斯基退休前的最后一次飞行，他幽默风趣地活跃着团队的氛围。就在此时，休士顿总部传来骇人消息，不久前行将废弃俄罗斯卫星被导弹击毁，碎片以超过子弹的速度在地球轨道上散开，并意外击中其他卫星，引起连锁反应制造了新的碎片。 瑞安一行遭到碎片重创，有的同伴不幸身亡，而她和科沃斯基失去控制坠入宇宙深处。幸存的二人不得不彼此信赖，拼尽全力朝向故土前进。漂浮在外、毫无凭借力的两名航天员想方设法地回到地球，他们遭遇了重重险情，麦特为了瑞安自我牺牲，让瑞安登上了废弃的国际空间站，并凭此再借力靠近中国的天宫空间站，期间的各种故障让瑞安近乎绝望，但凭借着濒死前看到麦特的幻象，她振作起来，找到方法登上了天宫一号，并最终返回地球。

这虽然只是一部电影，但是却引人深思，太空垃圾的危险性可以从这部电影中窥见一斑。如果不能及时的处理好太空垃圾问题，抵制太空战，那么宇航员将陷入更加危险的境地。

5.国际局势动荡不安

针对太空垃圾问题， 尽管国际社会提出了“缓解碎片指南”和太空交通规则，但是仍然有的国家不会尊重与遵守，因为这对许多发展中国家存在不公平现象。《禁止在大气层、外层空间和水下进行核武器试验条约》(简称《部分禁止核试验条约》)。1963年的《部分禁止核试验条约》是第一个涉及空间环境保护的条约。该条约第一条规定,禁止在大气层、外层空间和水下进行核爆炸。该条约对核试验未全面禁止，缔约后两个核大国进行地下技试验的饮数仍有增无成，但防止了将核辐射扩展到包括大气层和外层空间在内的整个空间。我国虽未参加该条约,但中国已庄严声明:“我们多年未进行大气层核试验，今后也将不再进行大气层技试验”。但是对于一些还没有进入太空的国家来说，他们只能通过一次次试验的方式进入太空，而这个过程将不可避免的产生一些太空碎片。如果按照公约的要求，他们将不被允许发射卫星，这就剥夺了他们探索太空的权利。这就会引起这些国家的不满，甚至有可能发射卫星进入太空企图干扰其他正常运行的卫星。既然他们国家不能拥有的也不能让别的国家拥有的情况也有可能会发生，这就加剧了太空环境与安全的严峻局势。

6、造成太空核污染

随着一些人造天体的碰撞与破裂，其内部的核燃料就会释放进入太空，造成严重的太空核污染，甚至有可能悬浮在大气层中，向地球进行辐射。

早在2001年，米尔顿-凯恩斯Open大学的研究人员就发布消息称，有新的证据表明，地球周围的宇宙空间现在已被大量的核粒子污染。

Open大学的约翰-扎尼奇(John Zarnecki )声称，根据已经掌握的证据，悬浮在地球轨道上的任何物体只要停留时间超过一个星期就会遭到宇宙碎片粒子的撞击。科研人员们已经在“和平号”轨道空间站上找到了新的证据支持这种说法，他们在“和平号”轨道空间站上的一个仪器表面发现了微小的铀斑点。这些铀斑点的来源极其有可能是六十年代进行的太空核试验残留下来的或者是地球卫星的能源系统产生的。

除了太空垃圾，太空核污染将在不久的未来成为困扰人类的又一大问题。

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