太空垃圾……也要分类了？

科普中国-科普融合创作与传播 2019-08-15

　　出品：科普中国

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　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　最近，在街头巷尾、地铁、朋友圈，人们谈论最多的话题就是垃圾分类！“垃圾分类”已然成为了这个夏天比天气还热的话题！在网上各种段子也是层出不穷，其中有一个分类方法很形象：

　　“猪能吃的叫湿垃圾，猪都不吃的叫干垃圾，猪吃了会死的叫有害垃圾，可以卖出去换猪的叫可回收垃圾。”

　　虽然这个总结不完全正确，但不得不佩服广大网友们的聪明才智！那么你听说过太空垃圾吗？本文就来说说关于太空垃圾的那些事。

　　太空垃圾从何来？

　　太空中没有工厂和建筑物，又鲜有人类能到达太空，那么，太空垃圾从何而来？难道是航天员在太空工作和生活时扔掉的吗？

　　在国际空间站中工作和生活的航天员（图片来源：NASA）

　　航天员当然不会故意往太空中扔垃圾，他们在轨工作期间产生的垃圾，一般都会进行专门的处理和回收。事实上，太空垃圾是指绕着地球轨道运行，但不具备任何用途的各种人造物体。它们主要有以下几种：

　　首先，是失效的航天器。例如，一些卫星在完成使命后，如果能通过技术手段使其进入“坟墓轨道”（“坟墓轨道”位于地球同步轨道平均高度350km以上，是用来储存废弃航天器的轨道）或进入大气层烧毁就比较完美。但如果没有采取离轨等措施，它就将成为滞留在轨道上的太空垃圾，这种太空垃圾往往也是最大的太空垃圾。

　　在轨运行的各类航天器（图片来源：中国航天科普网）

　　其次，是火箭末级。将卫星送入轨道的火箭末级，在完成星箭分离后，一般会漂浮在轨道上。这时还存在着一个更大的安全隐患，火箭末级虽已完成任务，但箭上的推进剂、高压气、电池一般都尚未用尽，这些东西随时都可能引发火箭爆炸，变成更多的太空垃圾。

　　所以负责任的航天大国，包括中国在内，都会对火箭末级进行钝化处理，即在火箭末级完成任务后，通过技术手段泄出末级火箭推进剂、断开电路，从而避免火箭末级发生爆炸事故。

　　火箭末级与卫星分离（图片来源：https://yandex.ru/images/）

　　再者，是发生爆炸或出现碰撞事故的失效或仍在工作的航天器。航天器发生爆炸或出现碰撞事故会产生尺寸更小、数量更多的太空垃圾。1991年12月底，俄罗斯一颗失效卫星宇宙1934号撞上了本国另一颗卫星宇宙926号释放出大量碎片，前者一分为二，后者零碎到无法跟踪。这些碎片都是太空垃圾。

　　太空交通事故示意图（图片来源：中国航天科普网）

　　此外，航天器上脱落的部件、油漆片，甚至是航天员出舱活动时不小心弄丢的工具，也都属于太空垃圾。

　　太空垃圾是按大小分类的

　　与日常生活中的垃圾有干、湿、可回收、有害等分类一样，太空垃圾也有分类。不过不要担心，太空垃圾的分类方法并不难。下面的文字保你瞬间get太空垃圾的分类方法。

　　太空垃圾是按尺寸划分的，大于10厘米的一般被称作大碎片；尺寸在1~10厘米之间的是危险碎片；尺寸小于1厘米的被称为小碎片。

　　太空垃圾有哪些危害？

　　那么问题来了，这些碎片如果与航天器相撞，会对航天器产生不同程度的伤害，其中，哪种尺寸的碎片对航天器的威胁最大？又是为什么呢？

　　空间环境中存在着各种尺寸的太空垃圾（图片来源：https://yandex.ru/images/）

　　机智的小伙伴们从名字判断就能猜到是1～10厘米之间的危险碎片。那么，这个大小的空间碎片究竟有何危险呢？

　　大于10厘米的碎片，虽然破坏力最大，但它易于被地面跟踪和监测，正在工作的航天器可以根据监测数据采取规避措施。小于1厘米的碎片虽然无法对它进行跟踪和监测，但它的破坏力也有限。尺寸在1-10厘米的碎片，不仅无法被跟踪和监测，而且产生的破坏力还足够大，所以这个尺寸的碎片对航天器的威胁最大。

　　用来监测空间碎片的探测望远镜（图片来源：中国航天科普网）

　　太空垃圾处理不当可能损失巨大

　　据今年1月份欧空局的调查数据显示，太空中的大碎片已有约3.4万个，危险碎片更是高达约90万个，小碎片可能有几千万个。并且，这个数量还在不断增长的过程中。

　　近地空间上的空间碎片分布（图片来源：中国航天科普网）

　　一方面，这些太空垃圾在轨道上肆意地游走占用着轨道资源。另一方面，由于太空垃圾的运行速度极快，几厘米大小的空间碎片，其撞击效果就相当于130千米/小时疾驶的小汽车的撞击效果。它们若与航天器相撞，会释放出巨大的能量，威胁航天器的安全。到目前为止，已经发生过多起因太空垃圾而引发的事故。

　　被空间碎片“攻击”过的和平号空间站太阳能电池板（图片来源：中国航天科普网）

　　1996年7月，法国樱桃通信卫星被多年前发射的阿丽亚娜运载火箭入轨时产生的一枚碎片击中，卫星主体虽然没有受到损伤，却导致一个观测装置受损，卫星无法正常运行。

　　2009年2月11日，美国通信卫星铱星33号与已经报废多年的俄罗斯卫星宇宙2251号在西伯利亚上空发生激烈碰撞，这是人类历史上首次卫星相撞的重大事故。此外，航天飞机的挡风玻璃和外壳上的设备都曾受到过太空垃圾的“攻击”，国际空间站为了躲避太空垃圾的威胁也曾调整轨道。

　　航天飞机舷窗被碎片撞击的痕迹（图片来源：NASA）

　　如果对太空垃圾置之不理，任由其无节制地增加，那么太空轨道资源很可能会因为太空垃圾的污染而减少甚至枯竭。最后，航天器们很可能会面临“无路可走”的窘境。

　　“太空吸尘器”和“渔网”齐出动清理太空垃圾

　　为了避免太空垃圾带来的危害，各个国家也是“绞尽脑汁”地想办法。近年来，更是奇招、妙招频出。

　　2016年6月25日，我国的长征七号火箭成功首飞，当时带了7个有效载荷，其中有一个很特殊，就是用来清理太空垃圾的遨龙一号空间碎片主动清理飞行器。这种飞行器在接近太空垃圾后，会利用自身安装的机械臂对太空垃圾进行抓取。之后，会将太空垃圾携带进“坟墓轨道”或很快坠入大气层焚毁的轨道释放，完成太空垃圾的清理。

　　另外，欧洲曾试验过综合使用“网式”和“鱼叉式”捕捉太空垃圾的技术。美国曾提出过用地面强激光来清理太空垃圾的方法。此外，还有很多国家在尝试和试验清理太空垃圾的新方法。