太空垃圾的危害
第二节 太空垃圾的危害
太空垃圾
太空垃圾是人类空间活动的产物，包括完成任务的火箭箭体和卫星本体、火箭的喷射物、在执行航天任务过程中的抛弃物、空间物体之间的碰撞产生的碎块等，是空间环境的主要污染源。
40多年来，人类进行的空间发射超过4000次，送入空间并曾经被跟踪观测的物体超过26000个，还有1/3也就是8000多个仍遗留在空间沿轨道飞行。目前可被地面观测设备观测并测定其轨道的空间物体超过9000个，其中只有6%是仍在工作的航天器，其余为空间碎片。
随着航天事业的发展，空间碎片与日俱增。滞空时间相当漫长，碎片之间相互碰撞或爆炸又产生新的、体积更小的空间碎片，据估计直径大于1厘米的空间碎片数量超过11万个，大于1毫米的空间碎片超过3500万个。
空间碎片的存在对航天器和航天任务的影响日益严重，特别是加大了载人航天的潜在危害:
(1)极小的空间碎片由于数量多，能严重改变航天器的表面性能。
(2)稍大的空间碎片会损坏航天器表面材料，造成撞击坑，对表面器件造成损伤。
(3)高速撞击的空间碎片会使自身及被撞击的航天器表面材料气化为等离子体云，最终会形成航天器故障。
(4)大的空间碎片高速与航天器碰撞时，将巨大的动能传递给航天器，使航天器的姿态改变，甚至改变航天器的轨道。
(5)空间碎片的能量足够大时，将穿透航天器表面，打坏置于航天器内部的控制系统或有效载荷。
(6)空间碎片撞击可以使航天器表面强度降低，甚至出现裂纹，高压容器的舱壁受损，可能会发生爆炸。
(7)大的空间碎片撞击航天器桁架结构时，可能将整个结构打散。另外，空间碎片进入大气层时，会对地面的生命财产安全构成严重的威胁，以核能为动力的航天器陨落时，由于放射性物质的大面积扩散，对环境的化学和放射性污染后果特别严重，尤其应受到关注。
太空垃圾大致可分为三类:
第一类是现代雷达能够监视和跟踪的比较大的物体，主要是各种卫星(包括尚在工作和已经不再工作的卫星)、卫星保护罩、各种部件等等。预计到2138年，在500千米以下的地球轨道上将有9.6万个这类太空垃圾。
第二类是个体很小，无法用地面雷达监视和跟踪的各类小碎片，其数量简直无法计算。这类太空垃圾主要由卫星、火箭发动机等在空间爆炸而产生。
第三类是美国和前苏联都发射过利用核反应堆提供动力的卫星。现在，太空中还有几十颗这类卫星围绕地球运行。到2000年时，这类卫星送到地球轨道上的核燃料已多达3吨。
大量的太空垃圾不仅是航天飞行的潜在威胁，也使地球上的人类经常处在慌恐之中。1983年，美国“挑战者”号航天飞机在空间飞行时，飞机窗口曾被一块空间碎片击中。1978年，前苏联“宇宙—945G”号核动力卫星再入大气层时，将大量放射性碎片溅落到加拿大领土上，引起了各国政府和人民极大关注和不安。
当前，科学家们已提出了一些限制和减少太空垃圾，以致最终消除它们的方案。
减缓方案
它是把运载火箭设计成“无垃圾”型，除由火箭载送入轨的航天器外，其他部分在完成运载使命后，都丢弃在很低的高度以很低的速度飞行，使它们很快坠入大气层烧毁。对于与航天飞行器同时入轨的末级火箭等，则设法排空其剩余的推进剂或气体，以避免它们发生解体或爆炸。一次爆炸就可能产生数百上千个小的碎片，再加上碎片相互碰撞，碎片总数将会急剧上升。同时还要大力提倡“一箭多星”，控制和减少航天发射次数，从根本上减少太空垃圾的来源。
搬移方案
它是利用一个有机动能力的航天飞行器，去接近和捕捉轨道上已报废的卫星和末级火箭，将它们加以回收，或者给它们施加一定的速度，将它们推至不影响航天活动的轨道上去。目前美国的航天飞机已初步具备这种能力。将来，还可以把高于2.5万千米的太空垃圾推至地球逃逸轨道，使它们飞出地球。
清除方案
对付太空垃圾，主要办法是使它们的原有轨道下降到大气层烧毁。对大量的较小的太空垃圾，可以利用一种大型泡沫材料气球，去拦截并吸收它们的动能，使其运行至轨道的近地点，降到大气阻力可以使其再入大气层的区域。也有人提出，利用高能激光去主动照射太空垃圾，使它们减速变轨或化为灰烬。
太空垃圾
监测太空垃圾的坠落
太空科学家们采用各种办法对太空垃圾的产生及其数量和危害进行观测。美国科学家们用高倍望远镜向天空分区观察，然后用“外插法”计算，推定有3万～5万件“废弃物”在地球轨道上飞行。一些科学家用电子计算机、26个雷达站和6台望远镜组成的全球网络对轨道上的“废弃物”进行测算，平均每天收集到4.5万件“废弃物”的影像。
据太空科学家估计，在近地轨道上除了这些可测见的“废弃物”外，还有几百万个微小的碎片。
这些轨道上的飞行物是40多年来人类发射上去的飞行器及其碎片。体积较大的除了几千个正在运行的人造卫星外，有些是废弃的卫星和火箭发动机，还有数万件约有棒球大小的人造卫星碎片。此外还有几百万个豆粒和火柴头大小的碎片和火箭、宇宙飞船上剥落下来的油漆。
美国科学家约翰逊说，坠落地表的大片碎渣“总是会对财产和生命产生危害，但是可能性不大”。
约翰逊说:“已有1.5万多次碎片返回地球的现象发生，但其中有些碎片非常小，在大气层中就烧掉了，没有微粒抵达地表。另一方面，我们每年有几十个火箭箭体返回地球，其中3/4都落在水里。”
由于海洋占地球表面的3/4，太空中降落的物体只有1/4的可能性落在陆地上。
物体的体积越大，坠落地表的可能性就越大，碎片散落的范围也越大。太空实验室1979年7月脱离轨道时，其碎片落在澳大利亚西部和印度洋的某些地区。
太空中的垃圾大部分是自生的。随着时间流逝，航天器可能与轨道里的其他物体发生碰撞，从而爆炸或分裂成数不清的碎片。
围绕地球以2.8万千米/时旋转的垃圾可能给太空中的宇航员惹麻烦，这也是在太空中建造国际空间站的主要原因。随着进入太空的各国制造火箭的技巧越来越娴熟，太空垃圾的数量将越来越容易控制。
1985年5月发射升空的前苏联“和平”号空间站，历经沧桑后于2001年3月23日成功坠毁。
23日8时44分，“和平”号空间站进入了高度为100千米的稠密大气层，“和平”号外挂物，如天线、太阳能电池板等开始脱落、燃烧。8时52分，“和平”号降低到离地面为80千米的高度，由于与大气层间产生更为剧烈的摩擦，加之产生的1500℃的高温，“和平”号主体开始断裂，随之成为碎块，这些碎块一路燃烧，一路熔化，最后那些坚硬没有化成灰烬的碎片(最大碎片重达1000千克)于莫斯科时间上午9点0分12秒安全坠入南太平洋，“和平”号顺利走完了它生命的最后一刻。
太空核废料场
1千克铀235经过裂变反应所释放的原子能，相当于2500吨优质煤燃烧产生的能量。然而，人类在利用原子能的同时，也产生了带有放射性的核废料。如果处置不当，将会严重污染环境，给人类带来严重的灾难。
对于这些难以对付的东西，目前各国所用的处理方法是:将它们装在能防辐射的密闭容器内，然后将这种特殊容器置于坑道内或沉到海底。这两种处置核废料的方法，都没有从根本上解决问题，危害性物质仍留在人们赖以生活的地球上。万一这些放射性物质泄漏，仍会造成危害。在美国曾发生过秘密贮存在海底的核废料发生泄漏而污染海洋环境的事件;在前苏联也发生了贮存在乌拉尔山区坑道里的大量核废料因雨水渗入而造成的核爆炸，其威力比投在广岛的原子弹还厉害100倍。因此，核废料处置是否得当，直接影响到原子能的利用和发展。
为此，科学家们经过努力终于找到一种从地球上去掉核废料的好方法——太空处置核废料。
浩瀚的太空，无边无际，什么地方最适合作为核废料处置场?科学家们研究了多种方案。有人主张将核废料送出太阳系。这固然是再好不过的，但是这需要有强大的运载工具。频繁的发射，耗费甚大，很不经济。也有人建议将核废料送到高地轨道、月球或月球轨道。这种方法所需要的运载工具功率相对要小一些。但是，长期以来月亮一直被人们看作是美丽和纯洁的象征，在月球上处置核废料，民众舆论很难通过，而高地轨道的长期稳定性需要考虑，万一发生坠落，会给地面带来灾难。
经过反复研究，科学家们总算找到了一个比较理想的场所，这就是以太阳为中心，以0.85AU(AU:天文单位，是地球与太阳之间的平均距离，等于149.5×106千米)为半径的日心轨道。这个轨道在地球与金星之间。把核废料送到这样的轨道上，可在金星与地球之间稳定运行100万年，完全可以达到使地球环境免受核污染危害的目的。其所需的发射功率远比将这些核废料送出太阳系要小，按目前的航天技术是可实现的，因而在经济上和技术上都是可接受的。
核废料的太空运载系统包括航天飞机以及置于航天飞机货舱内的重返大气层飞船，可重复使用的空间拖船及仅供一次使用的太阳轨道飞船。
航天飞机进入地球上空300千米的低地轨道后，由机械手将核废料从重返大气层飞船的防辐射罩内取出，安装在太阳轨道飞船上，由空间拖船送入通往日心轨道的转换轨道。在转换轨道后一阶段，空间拖船与太阳轨道飞船分离，飞回低地轨道，与航天飞机交会，并由机械手捕捉进入货舱，带回地面再次使用。而太阳轨道飞船则自动点火继续飞行，大约飞行160天之后，便稳定地处于日心轨道，核废料就这样被送到了太空。