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尽力呵护太空环境,“太空环保” 彰显中国担当

科普小知识2021-09-13 16:31:01
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最近,围绕地球飞行了6.5年的天宫一号从南太平洋中部地区重返大气层。它的大部分成分在空气中分解和消融。社交网络上的外国网民展示了天宫一号碎片进入大气层并燃烧的图像:首先,一些闪亮的碎片在空中快速滑行,然后这些碎片燃烧起来,在空中拖出几道耀眼的光迹。

与一些外国媒体之前担心的完全不同,天宫一号完美的谢幕没有对地面造成任何威胁,也没有制造空间碎片。事实上,作为一个负责任的空间大国,中国一直致力于“空间环境保护”,不仅尽最大努力保护空间环境,还尽最大努力参与空间碎片和空间碎片的清理,为建设和平有序的空间环境做出自己的贡献。

大约7500吨空间碎片高速飞行。

说到空间碎片,人们可能首先想到的是从太空坠落的人造飞行物体的碎片。事实上,几乎每周都有航天器碎片落入大气层,其中大部分在重返大气层时被烧毁,基本上不会对人类构成威胁。真正危险的空间碎片是那些不会脱离地球轨道的碎片。火箭科学家称之为空间碎片或轨道碎片,指的是除工作航天器以外的空间人造物体,包括航天器发射过程中产生的碎片、太阳能电池板和油漆从航天器表面脱落、火箭和航天器爆炸碰撞产生的碎片,甚至宇航员在太空行走过程中意外掉落的手套。这些碎片在地球轨道上以每秒3-8公里的高速移动,碰撞时的相对速度可达每秒10公里以上。一块直径为10厘米的空间碎片可以完全摧毁航天器,而几毫米大小的碎片可能会阻止它们继续工作。

自苏联开发并向太空发射第一颗人造地球卫星“普特尼克一号”以来的60多年里,已有7500多颗卫星被送入太空。一方面,它们给人类的生活方式带来了革命性的变化;另一方面,它们也产生了空间碎片。目前,人类发射的4,300颗卫星仍在太空漫游,只有约1,200颗仍在运行,约7,500吨空间碎片在地球周围飞行,而且数量每年以2%-5%的速度增长。这些不受控制的空间碎片对卫星、航天飞机和国际空间站的安全构成持续威胁。

太空垃圾频发“交通事故”

长期以来,美国和苏联等太空强国并没有按照当时盛行的“大天空理论”认识到空间碎片的危险。根据这一理论,考虑到广阔的空间,他们与宇宙飞船相遇的概率极低。此外,空间碎片最终将重新进入地球大气层并自行燃烧。因此,产生废物或火箭碎片等任何空间碎片都没有害处。即使一个巨大的太阳能电池板碰巧在太空中脱落,所有人能做的就是祝它“一路顺风”。然而,该理论面临的问题是,随着人类空间活动逐渐变得更加密集,空间碎片继续增加,空间不再显得如此“广阔”,相反,空间逐渐变得“拥挤”,航天器与空间碎片碰撞的可能性大大增加。另一方面,尽管空间碎片会重新进入并自行燃尽,但问题是需要多长时间,有些可能只需要几年,而那些在较高轨道的碎片可能几十年都不会进入地球大气层。

空间碎片的危害不再仅仅是一种“担忧”,而是一种活生生的“现实”,对世界航天工业的发展造成了严重的损害。1983年,美国挑战者号航天飞机与一个直径0.2毫米的油漆块相撞,造成舷窗损坏,不得不停止飞行。1986年,欧洲航天局的阿丽亚娜火箭进入轨道后不久爆炸。爆炸的碎片变成了太空碎片,导致两颗日本通信卫星被毁。1991年9月15日,美国发射的发现号航天飞机几乎与苏联火箭碎片相撞。当时两者相距只有2.74公里。幸运的是,地球上的指挥系统及时发出了警告信号,否则后果不堪设想。2009年2月10日,美国铱星公司的通信卫星铱星33号(Iridium 33)与一颗报废的俄罗斯军用卫星相撞,产生了2000多块碎片,每块碎片都像一枚炮弹,可以轻易地摧毁任何昂贵的设备。

空间碎片的威胁要求国际空间界采取行动。1993年10月26日,由美国航天局、欧空局、NASDA和俄罗斯航天局联合发起的机构间空间碎片协调委员会(IADC)成立。2007年,协调委员会发布了《IADC空间碎片减缓准则》,该准则要求防止航天器在轨道期间解体,在正常运行期间限制物体的释放,并要求将已达到飞行寿命终点的航天器从密集轨道区域移走。该指南得到了国际社会的广泛认可。美国国家航空航天局的轨道碎片办公室也制定了一系列规则,包括限制可丢弃垃圾的种类,要求卫星运营商将退役飞机送入“墓地轨道”,并在卫星寿命结束25年后在大气中烧毁和自毁。

中国致力于空间环境保护,不遗余力

作为一颗太空新星,中国一直非常重视“太空环境保护”。早在1995年,中国国家航天局就正式加入了机构间空间碎片协调委员会。自2000年以来,中国启动了“空间碎片行动计划”,为载人航天和月球探测项目提供空间碎片监测和预警技术服务。根据该行动计划,开发了高性能防护材料和先进的防护结构,并颁布了《空间碎片减缓和保护管理措施》。服役中的长征系列运载火箭已在末级钝化,废弃的卫星已多次脱离轨道。2004年10月,“中国科学院空间目标与碎片观测研究中心”成立。它以“积极研究和开发探测和识别空间目标和碎片等应用技术,在中国建立一个实际的空间目标和碎片测量和研究基地”为目标之一,建立了一个管理和数据处理中心,并建立了观测设备和数据通信网络。2008年12月,“中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室”成立。在卫星动力学、空间碎片碰撞预警计算等方面取得了一些重要成果,并已应用于“神舟”系列空间碎片监测预警任务。

2015年,中国国家航天局空间碎片监测与应用中心正式成立。它具有航天器发射预警、空间物体安全再入、航天器解体分析和空间碎片环境评估的能力。它的建立有利于促进中国空间碎片技术的发展,提高中国空间碎片管理和服务能力,保障在轨航天器的安全,维护中国在空间发展中的权益。据统计,该中心成立时,共发出了87次“碰撞危险”红色预警。特别值得一提的是,该中心通过准确的分析成功地帮助委内瑞拉的遥感卫星1号避免了空间碎片的危险。

中国空间技术研究院副院长、空间碎片行动计划专家李明表示,中国已决定实施以数据库为载体的“空间碎片探测与预警项目”、“以保护设计专家系统为载体的空间碎片保护项目”和以空间碎片减缓设计标准为载体的“空间环境保护项目”三大主题项目。

2016年6月25日,“太空环保”迎来了一个历史性时刻:“长征七号”运载火箭搭载“奥龙一号”太空碎片主动清理车成功发射。“ao long 1”是世界上第一个主动轨道碎片清除实验项目。它装载了一个机械臂来模拟抓取废弃的卫星和空间碎片,并把它们带到大气中燃烧。这是中国在世界空间领域的杰作。

中国载人航天工程办公室副主任吴平表示,“奥龙1号”在前期技术研究和地面试验的基础上,针对模拟空间碎片,验证了碎片清除的关键技术,并在任务结束后对其进行了钝化处理。中国国家航天局秘书长田宇龙进一步表示,在空间碎片清除和空间站建设需求的驱动下,中国已经见证了空间机器人和空间人工智能的快速发展,并将在空间环境管理机器人等领域开展技术研究。