美宇航局欲用中功率激光清理太空垃圾--科技--人民網
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美宇航局欲用中功率激光清理太空垃圾

太空急招“清潔工”

2011年03月27日08:42    來源:《科技日報》     手機看新聞

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  每當仰望蒼穹時,不少人都會被那片虛空和無垠所觸動,但事實上那裡並非空無一物。在地球大氣層之外的近地軌道上,除了正在服役的衛星和航天器外,還有為數眾多的“不速之客”環繞在地球四周,像暗礁一樣威脅著航天器的安全,它們就是太空垃圾。為掃除這些危險的障礙,科學家們想過很多辦法,但都不大理想。日前美國科學家提出的一種新設想或能為太空垃圾的清除提供一種新思路。相關研究已發表在預印本網站arXiv.org上。

  垃圾“圍城”困住飛天夢

  太空垃圾也被稱軌道碎片,是圍繞地球軌道運行的無用人造物體,它們小到人造衛星碎片或粉塵,大到整個火箭發動機。據不完全統計,太空中現有直徑大於10厘米的碎片9000多個,大於1.2厘米的數十萬個,體積更小更難以觀察的顆粒更是數以百萬計。

  可別覺得體積小就可以藐視它們的存在,據美國國家航空航天局(NASA)的專家稱,在近地軌道(2000公裡高度以內)上,一個指甲蓋大小、相對速度為每秒15公裡的碎片要是恰好與一顆正在運行的人造衛星相撞,其所造成的破壞程度幾乎與一枚手榴彈相當。

  1978年,NASA的天文學家唐納德·凱斯勒還提出了這樣一種假設:當在近地軌道運轉的物體密度達到一定程度時,便會引發“雪崩效應”(也稱凱斯勒症候群),即每一次撞擊並不能讓碎片互相湮滅,而是產生更多碎片,每一個新的碎片又是一個新的碰撞危險源。這意味著近地軌道將被各種危險的太空垃圾所“封鎖”,地球將變成一個永久的垃圾帶。對於人類的飛天夢想來說,這無異於世界末日。

  不久前,NASA的科學家還警告說太空垃圾的“臨界引爆點”正在來臨,並宣稱即使不再發射航天器,到2055年,由碰撞所產生的新碎片數量也將超過落回地球和燃燒掉的碎片總數。

  近幾年來,在近地軌道上已經上演了多起航天器與太空垃圾擦肩而過的驚險場面。2009年2月10日,美國和俄羅斯的兩顆通信衛星在太空相撞所產生的太空垃圾更是在幾個月后險些擊中正在運行的國際空間站。

  NASA工程師克裡昂·萊維特說:“如果我們不做點什麼,凱斯勒症候群一定會出現,這點毫無疑問。現在我們就必須開始動手清除它們,否則后果會越來越糟。”

  愚公移山打開一片天

  負責該項目的NASA科學家詹姆斯·梅森稱,由於地球引力的作用,面積較大的太空垃圾將承受更大的牽引力,因此最輕、最扁平的太空垃圾將首先墜入大氣層中。相對來說這些太空垃圾並不會帶來太大的麻煩,而一旦這些較大的碎片分解成面積較小的碎片,移動它們將變得非常困難。正因為這樣,目前科學家們大都將重點放在追蹤較大碎片上,以預防發生碰撞而產生更多、更小的碎片。

  早在20世紀90年代,就有美國軍方的科學家提出過借助地面或太空激光武器將太空垃圾完全摧毀或使其蒸發的設想。但出於對成本和產生其他碎片的擔憂,這一措施並未真正實施。

  此次新研究中,研究人員提出了一種更為巧妙和廉價的方法:通過在太空望遠鏡上安裝的一架中等功率激光機對可能發生碰撞的太空垃圾碎片進行照射。由於激光能在太空中減緩碎片移動速度,研究人員預計每天持續用激光器照射太空垃圾一到兩個小時,就足以使其每天移動大約198米的距離。研究人員稱,一個5千瓦的激光器一天就能對10個目標進行處理。雖然這種方案目前還無法將太空垃圾從近地軌道完全移除,但計算機模擬結果顯示,這足以避免超過一半以上的太空垃圾相撞事件的發生。

  而更為關鍵的是,在這種新型系統中使用的激光機在成本上較為低廉,相對於軍用激光武器或太空激光武器數百萬到數千萬美元的造價,這種激光器每套價格隻有80萬美元左右,並且它完全可以在地面上進行使用。

  太空安全專家布萊恩·維頓表示他對這項研究持有濃厚的興趣。他說,這種新設想成本低廉、操作方便,解決了目前所面臨的技術問題,能在很大程度上降低太空災難事件的發生。

  梅森稱,借助目前現有的反衛星技術和廉價的激光器,對各航天大國而言,該系統的成本可謂“近乎於零”。如果採用適當的國際合作互利機制,太空垃圾的清理速度將超過其產生的速度,凱斯勒症候群或許就能得以扭轉。(科技日報)
(責任編輯:熊旭)

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