天天看點

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

在1957年人類第一顆人造地球衛星上天以前,地球大氣層之外是不存在任何人造物體的。最多隻有一些流星或者隕石一類的大小顆粒偶然出現,但是也不會長期圍繞在地球軌道上而是會快速地沖入大氣層燒毀或者基本燒毀。有些在行星軌道上的宇宙顆粒群是和地球軌道周期性相遇的,此時就會出現集中爆發的流星雨。比如最近三十年經常看到的獅子座流星雨。這些軌道顆粒大多可以預測和預報,是以流星雨一般也是可以準确預報的。雖然在第一顆人造地球衛星上天前,人類已經有一些火箭發射的飛行物已經突破了160公裡厚度的大氣層,但是由于末端速度都達不到7.9公裡每秒的第一宇宙速度,是以這些物體都會沖高後很快落回地面,不會在外太空留下什麼碎片和垃圾。但是1957年之後就不是這樣了。成功發射衛星之後,

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

除了衛星本身,其實發射衛星的大部分末級火箭也達到或者超過了第一宇宙速度。是以太空中除了環繞地球運作的衛星和飛船外,還有大量的末級火箭的殘骸。人類的航天史到現在已經超過了60年,而且早期衛星的壽命都很低,一般隻有幾個月甚至幾天的有效壽命。可用壽命超過15年的長壽衛星隻不過是最近30年才有的高技術。是以大量的失效衛星和末級火箭的殘骸,絕大部分都成了不斷環繞地球飛行的太空垃圾。當然也不是所有的失效衛星和末級火箭殘骸都會成為太空垃圾。大多數遠地點在450公裡以下的有效載荷和末級火箭,由于會受到高空大氣層的阻力,減速效應非常明顯。比如各大國過去發射過的載人空間站,最終都會落回地面燒毀。最大的風險級在于近地點高度都在450公裡高度以上的,

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

報廢衛星或者末級火箭的殘骸。這類殘骸不但不會因為空氣阻力的作用下逐漸下落,進入大氣層燒毀,甚至還會出現軌道逐漸擡高的現象。這樣這些報廢衛星或者殘骸,就會永無休止地圍繞地球旋轉下去。更麻煩的是,一些大型殘骸會在劇烈日曬和溫度差下發生爆裂;有些甚至會出現空中爆炸的現象。這樣圍繞地球從400公裡以上一直到4萬公裡左右的空間中,各種太空垃圾和碎片會越來越多。這些碎片和垃圾的飛行方向,大部分和地球自轉方向一緻,也有一部分是極地軌道的。這些太空垃圾和碎片最大的問題是速度極高,相對地球至少都有7.9公裡每秒以上的絕對速度。要知道這個速度基本相當于TNT 炸藥的起始爆速了。這導緻如果人類今後發射的任何航天器,一旦與這些太空垃圾和碎片的飛行方向和矢量不一緻,那麼就會産生類似,

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

有炸彈在近距離爆炸産生破片的殺傷效應。而通過實驗室測定得知,凡是體積超過0.1毫米的碎片,都會對後來入軌的航天器産生殺傷效果。目前初步估算,體積超過0.1毫米的太空碎片,已經至少有1.2億到1.5億個之多。這些碎片也不是在地球周邊均勻分布的,比如赤道正上空3.6萬公裡的同步軌道附近。大大小小的太空垃圾和碎片,就比其他軌道上多得多。而同步軌道是不可代替的軌道資源。是以今後再發射的大容量長壽面高價值的通信衛星,就有被越來越多的太空垃圾和碎片擊中而失效的可能。而這類衛星有的一顆價值就高達三四十億美元,幾乎相當于半艘航母的價值。如果剛剛上天後就被碎片擊中而失效,那麼真是虧大了。這些無休止的太空碎片和垃圾不但嚴重威脅衛星,更會威脅載人飛船和空間站。

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

今後人類進入太空的頻率會越來越高,各種空間站的體量也越來越大,如果任由各種太空垃圾和碎片不斷地繼續增多,那麼早晚會多到人類無法安全航天的地步。瀚海狼山、匈奴狼山認為,比太空垃圾和碎片越來越多,更大的麻煩是全球一直沒有對付這些垃圾和碎片的好辦法。首先前面說了,大部分有固定軌道的碎片的飛行高度都很高。基本都在450公裡以上,這還是近地點高度;遠地點可能在幾千到幾萬公裡。而且近地點都是其相對地球速度最快的時刻。是以如果想要對付這些碎片,單純一個想接近他們都不容易;而發現和接近這些垃圾和碎片,是最終有效處理這些碎片和垃圾的大前提,而這個前提的門檻都要求極高。第二,對付永久性太空垃圾和碎片,用正常的攔截或者擊碎的辦法都不行。也就是傳統的碰撞式的,

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

反衛星或者反導技術。都不能用來反永久性的太空垃圾或者碎片。因為碰撞式攔截會讓大型太空垃圾變的更破碎,大大增加危險太空碎片的總數量,而且還讓大量碰撞後新碎片的軌道進一步擡升和軌道變的更加不可預測。是以傳統的KKV反導反衛星技術雖然足夠先進,卻不能用來消除太空碎片,隻會增加更多的太空碎片。但是對付太空垃圾和碎片,永遠不去做,那麼早晚會讓人類的頭頂變成宇宙中最大的垃圾場,一旦太空碎片的數量多到任何新發射物都會有被碎片擊中機率的時候,再想去處置也晚了。是以先進行太空碎片處置試驗的國家,不但會占據為全人類長遠福祉考慮的道德制高點,而且最終還可能獲得天下無雙的太空高技術,是以這類試驗有巨大的戰略意義。第一點,目前前面已經說過了;

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

也就是目前所有的太空垃圾或者碎片,基本都在450到40000公裡的軌道上,而且總數量已經上億,是以要想挨個處置這些垃圾和碎片,已經是不太現實了。那麼處置這些碎片最簡單有效的辦法,就是讓這些碎片的飛行速度下降到第一宇宙速度之下,這樣所有減速後的碎片都會逐漸降低軌道高度,再進入稠密大氣層内自動燒毀。是以試驗中的太空碎片處理技術首先叫做太空碎片減緩試驗,這是太空碎片今後無害處置的基本大方向。但是真正處理起來也不容易。首先是碎片太多,大小不一,而且速度和高度都極高。挨個處置誰也做不到。而處置太空垃圾和碎片,其實和人類處置地面上的垃圾和碎屑有一個基本思路也是相同的,人類在地面上進行清潔搞衛生,都是首先把碎屑和垃圾打掃到一塊,然後再集中處置。

太空碎片減緩?深不可測的未來高技術

是以太空碎片減緩,也應該是這個思路,也就是用太空吸塵的辦法,把小碎片先集中在一起,放在太空垃圾箱中,然後把這個大型太空垃圾箱減速後墜落大氣層之内,這樣就可以解決大部分問題。人類在地面處置垃圾還有一個辦法,就是擊中焚燒。在太空中也可以試驗,不過太空中不能點火,但是可以用高能雷射進行小型碎片的直接氣化處理。第三,還有一個獨門辦法,由于過于先進,隻好不便展示了。關鍵是所有處理太空垃圾或者碎片的辦法或者措施,似乎都可以用于未來的星球大戰。太空垃圾處理辦法發展到極緻,不就是幻想中的一道光束氣化一個星球的殲星艦嗎?

繼續閱讀