美宇航局欲用中功率激光清理太空垃圾--科技--人民网
人民网

美宇航局欲用中功率激光清理太空垃圾

太空急招“清洁工”

2011年03月27日08:42    来源:《科技日报》     手机看新闻

  今日视点


  每当仰望苍穹时,不少人都会被那片虚空和无垠所触动,但事实上那里并非空无一物。在地球大气层之外的近地轨道上,除了正在服役的卫星和航天器外,还有为数众多的“不速之客”环绕在地球四周,像暗礁一样威胁着航天器的安全,它们就是太空垃圾。为扫除这些危险的障碍,科学家们想过很多办法,但都不大理想。日前美国科学家提出的一种新设想或能为太空垃圾的清除提供一种新思路。相关研究已发表在预印本网站arXiv.org上。

  垃圾“围城”困住飞天梦

  太空垃圾也被称轨道碎片,是围绕地球轨道运行的无用人造物体,它们小到人造卫星碎片或粉尘,大到整个火箭发动机。据不完全统计,太空中现有直径大于10厘米的碎片9000多个,大于1.2厘米的数十万个,体积更小更难以观察的颗粒更是数以百万计。

  可别觉得体积小就可以藐视它们的存在,据美国国家航空航天局(NASA)的专家称,在近地轨道(2000公里高度以内)上,一个指甲盖大小、相对速度为每秒15公里的碎片要是恰好与一颗正在运行的人造卫星相撞,其所造成的破坏程度几乎与一枚手榴弹相当。

  1978年,NASA的天文学家唐纳德·凯斯勒还提出了这样一种假设:当在近地轨道运转的物体密度达到一定程度时,便会引发“雪崩效应”(也称凯斯勒症候群),即每一次撞击并不能让碎片互相湮灭,而是产生更多碎片,每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。这意味着近地轨道将被各种危险的太空垃圾所“封锁”,地球将变成一个永久的垃圾带。对于人类的飞天梦想来说,这无异于世界末日。

  不久前,NASA的科学家还警告说太空垃圾的“临界引爆点”正在来临,并宣称即使不再发射航天器,到2055年,由碰撞所产生的新碎片数量也将超过落回地球和燃烧掉的碎片总数。

  近几年来,在近地轨道上已经上演了多起航天器与太空垃圾擦肩而过的惊险场面。2009年2月10日,美国和俄罗斯的两颗通信卫星在太空相撞所产生的太空垃圾更是在几个月后险些击中正在运行的国际空间站。

  NASA工程师克里昂·莱维特说:“如果我们不做点什么,凯斯勒症候群一定会出现,这点毫无疑问。现在我们就必须开始动手清除它们,否则后果会越来越糟。”

  愚公移山打开一片天

  负责该项目的NASA科学家詹姆斯·梅森称,由于地球引力的作用,面积较大的太空垃圾将承受更大的牵引力,因此最轻、最扁平的太空垃圾将首先坠入大气层中。相对来说这些太空垃圾并不会带来太大的麻烦,而一旦这些较大的碎片分解成面积较小的碎片,移动它们将变得非常困难。正因为这样,目前科学家们大都将重点放在追踪较大碎片上,以预防发生碰撞而产生更多、更小的碎片。

  早在20世纪90年代,就有美国军方的科学家提出过借助地面或太空激光武器将太空垃圾完全摧毁或使其蒸发的设想。但出于对成本和产生其他碎片的担忧,这一措施并未真正实施。

  此次新研究中,研究人员提出了一种更为巧妙和廉价的方法:通过在太空望远镜上安装的一架中等功率激光机对可能发生碰撞的太空垃圾碎片进行照射。由于激光能在太空中减缓碎片移动速度,研究人员预计每天持续用激光器照射太空垃圾一到两个小时,就足以使其每天移动大约198米的距离。研究人员称,一个5千瓦的激光器一天就能对10个目标进行处理。虽然这种方案目前还无法将太空垃圾从近地轨道完全移除,但计算机模拟结果显示,这足以避免超过一半以上的太空垃圾相撞事件的发生。

  而更为关键的是,在这种新型系统中使用的激光机在成本上较为低廉,相对于军用激光武器或太空激光武器数百万到数千万美元的造价,这种激光器每套价格只有80万美元左右,并且它完全可以在地面上进行使用。

  太空安全专家布莱恩·维顿表示他对这项研究持有浓厚的兴趣。他说,这种新设想成本低廉、操作方便,解决了目前所面临的技术问题,能在很大程度上降低太空灾难事件的发生。

  梅森称,借助目前现有的反卫星技术和廉价的激光器,对各航天大国而言,该系统的成本可谓“近乎于零”。如果采用适当的国际合作互利机制,太空垃圾的清理速度将超过其产生的速度,凯斯勒症候群或许就能得以扭转。(科技日报)
(责任编辑:熊旭)

手机读报,精彩随身,移动用户发送到RMRB到10658000,订阅人民日报手机报。
  • 精彩新闻
  • 精彩博客