太空垃圾会不会越来越多?

太空垃圾会不会越来越多?

比如人造卫星就是个很好的例子:

最常见的就是咱们手机的GPS定位,这就是24个卫星给我们提供的服务,全世界能提供定位服务的有三个系统,格洛纳斯,伽利略和咱们中国的北斗系统每个系统都是有二三十颗卫星保障的。

还有各国广播电视的卫星,通讯用的,侦察用的,气象用的,科学研究用的。如果细想一下,这些卫星,肯定不是一直保持工作状态,他们寿命到期了,那就是一大块垃圾,这些废弃物如果越来越多会不会不好,比如撞坏正常工作的卫星,或者撞坏起飞的宇宙飞船。

这些问题确实不是普通人操心的事儿,但也算一个潜在威胁。

我们先大致了解下绕地球转动的卫星但总体情况,在最近60年里,世界各国一共发射了6000多颗人造卫星,其中有一些已经坠回到地球上了,还在太空的有4300个,其中有大约1400个是正在执行任务的,大约占1/3的比例,剩下2/3属于太空垃圾僵尸卫星,当然太空垃圾不只是僵尸卫星,还有火箭残骸和其他废物。

最近一年,商业航天领域进入了高速发展阶段,卫星上天的数量每年递增4.4%。

比如马斯克的那家传奇公司SpaceX,就计划实现全球互联网接入,到那时地球上任何角落都可以无限制免费使用千兆无线网,但这需要前后发射,一共4400多颗卫星,比目前绕地的所有卫星总数含多。

这样的项目今后二三十年再来十个,天上的卫星和与之相伴的太空垃圾总量就会增加几十倍到上百倍。

卫星最终的命运大都是落入大气层烧毁,或者残骸落入无人区,绝大部分卫星在运行时,距离地面都在400公里以内,这里空气密度大约是地表的十几亿分之一,虽然这么稀薄,但仍然有影响,气体分子和卫星摩擦,会让动能逐渐减少,然后轨道高度就维持不住了,逐渐往下掉。

一般来说,400公里高度上,也就能维持正常高度,一年到一年半,还有一些近地卫星,只是临时考察和观测用的,一个也就十几公斤,可能绕地球转三五个月高度就不能继续维持了。

只有用于军事的,或者用来全球定位的那些卫星,距离地面2万—3万公里,那里的大气几乎稀薄到和真空差不多,所以可以顺利工作十几年。但这些时间都指的是维持正常工作的时间,而他们在不正常轨道上还会飘上更久才会坠落到地球表面。

比如400公里高度的卫星,需要经过十多年才会彻底坠落。

那些高度在2000公里以上的太空垃圾可以飘上千年。

而且还确实造成过事故,比如2009年美国的通信卫星铱星33号就和俄罗斯一颗已经报废的军事卫星撞了个满怀,不但铱星33号报废了,而且撞出几千块碎片,飘落在轨道上。

几千块碎片不算什么,还有更夸张的1963年,那还是我们对轨道资源没有任何保护意识的时候的一次实验,叫西福特计划。

当年美国为了测试自己的通信的漏洞,向3650公里高度的轨道抛洒了4.8亿根小铜针,每根2cm,头发粗细。本来以为他会在太阳风的作用下,三年内被吹散。结果时至今日,还有相当多的细针飘在那里。简直是最严重的一次太空污染。

最初我们只顾着发卫星,后来才意识到这是个问题,但最初只能定性的描述,定量的统计是没有的,比如,垃圾是怎么分布的,每块有多大多小,飞得多快?都不知道。

后来美国最先做了测量,在1984年的时候挑战者号航天飞机专门把一个巨大的圆桶放在太空里,尺寸和一辆大公共汽车差不多,它其实就是一个靶子,等着各种太空垃圾往上撞,它的飞行高度是480公里,也是一个很典型的高度。

为了测试准确,待了六年时间,1990年把它接回地球,仔仔细细一数,身体表面一共有上百万个撞击点,当然绝大部分是需要用显微镜才能看到的,但就算只统计那些肉眼可见的比较大的撞击也有32000个,平均每天遭遇15次大撞击,最大的一个直径半厘米,金属外壳深深的凹陷进去。

一个零点几克的太空垃圾就能撞出各种危险的效果,是因为垃圾飞行速度每秒七公里,飞到这个高度的飞船也差不多是这个速度,假如运气不好,飞行方向如果还是对撞的话,那就相当于每秒十几公里的速度对撞。

比如1983年,挑战者号航天飞机,就被一块直径0.2毫米的涂料碎屑撞上了,舷窗玻璃破损,停飞了很久。这么小尺寸的垃圾已经有严重后果了,而直径在一厘米以上的,NASA估算大约有50万块。

总的来说,现在的策略就是躲。

而且可以预测垃圾碎片会以指数级增加的,比如今年10万,明年20万,后年40万,大后年80万。虽然当前的危险比较低,但只要出现了一例大规模 对碰,大的碎片就会一下多出几千或者上万个,然后会导致更多的大规模碰撞出现,每次都会产生上万的碎片,用不了几次地球轨道就遍布致命垃圾了,这种问题要怎么解决,只能留给后代科学家。

今日总结

你看,发射卫星依据的是牛顿定律和火箭技术,我们至少有所了解,而当技术竞争激烈化以后,技术产生的副作用,比如那些太空垃圾,我们根本不了解他们带来的副作用,大概率说,也还是要通过其他技术来解决,以保障我们日常的通信,定位,天气预报不受影响。

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