太空碎片危机

（文 / 曹玲）

“太空清理一号”计划出炉

有一些行星被光环围绕，比如土星的光环由碎冰、岩块、尘埃和颗粒等组成。过去几十年里，地球也开始孕育自己的“环”——围绕在地球上空的废弃卫星、火箭推进器及其他太空垃圾。

今年1月28日，国际空间站点燃推进器提高轨道高度，以避开中国2007年进行反卫星试验时产生的碎片。在当年的试验中，中国击毁位于低地球轨道的风云1C卫星，估计共产生3000块碎片。2009年美国通信卫星与俄罗斯已报废卫星相撞，美国国家航空航天局估计撞击产生了1000块直径超过10厘米的太空碎片和更多小碎片。

是时候考虑碎片问题了。最近，洛桑联邦综合理工学院的太空研究中心（EPFL）宣布成立名为“太空清理一号”的科研项目，目的是研发可捕捉太空垃圾的小型卫星CleanSpaceOne。实际上它更像是一种机器人，可以在环绕地球飞行过程中清理地球周边的太空垃圾，并在坠毁时一并燃尽。这会花费大约1100万美元，将于2015～2017年发射。

太空研究中心的负责人沃尔克·伽斯（Volker Gass）告诉本刊记者，他们已经在这项技术上工作了3年。CleanSpaceOne大约有30厘米×10厘米×10厘米大小，用来获取较大的太空垃圾。它将由精密制导和控制系统引导进入正确轨道，然后以每小时2.8万公里的速度接近目标。摄像头被用来作为眼睛，通过光学识别确定目标的位置，离子微型推进器会让探测器靠近目标。他们正在研制生物学夹持装置来勾住目标，就像海葵的触手。“CleanSpaceOne将伸出触手，把猎物拉到胸前正确的位置。”伽斯解释道。一旦成功，这就变成死亡之舞：两个结合起来的卫星将一起落向地球，在大气层中燃烧掉。“难点在于，一旦捕获，结合的物体将有一个新的重心，可能会不受控制地旋转。探测器需要稳定自己的轨道，然后引导自己沿着曲线进入大气层。太空垃圾完全不像国际空间站那样有规律，从根本上是无法控制的，它们可能在自转，这使得接近它们变得困难。”伽斯告诉本刊。

( 小型卫星CleanSpaceOne )

在太空中，他们无权处理其他国家的物品，而瑞士自己只有两颗分别于2009和2010年发射的卫星在太空中运行。于是，CleanSpaceOne的第一个目标可能会是2009年发射的SwissCube卫星，这是一个10立方厘米的小方块。“瑞士是一个希望保持干净的国家。”伽斯说，“所以我们打算先收回自己的卫星。”

有很多方式可以发射CleanSpaceOne这样的小卫星。“比如，欧洲新的‘织女星’火箭就很有可能，这个项目得到了瑞士的支持。”伽斯说。鉴于CleanSpaceOne每次只能捕获一个垃圾，所以这种设想从经济角度来看有些麻烦。法国国家太空研究中心太空残骸和空间监控负责人费迪南·阿尔比（Ferdinand Alby）表示，本来兴师动众地发射一台只能打扫卫生的机器上太空这事自身就是个问题；如果每个太空残骸都需要一个清理卫星的话，这系统就太昂贵了。不过他也赞同这是一个可行性测试，因为“总要从什么地方开始行动”。

他们的项目预计在3～5年内完成。如果试验成果卫星能够成批地生产，那么成本将会大大降低。伽斯解释道：“我们想独立打造一整套能够适用于多种可脱轨工作卫星的家族卫星。”

伽斯的同事、前宇航员克劳德·尼科里埃尔（Claude Nicollier）教授曾把太空碎片问题和全球变暖相比：“在某种程度上，这两个问题有共同之处。如果我们现在什么都不做，未来将面临大问题。”

“大天空理论”破产

人类航天事业初始，就在“大天空理论”（Big Sky Theory）概念下行事。这个观点认为，太空广袤无际，足以容纳各种废弃的人造卫星或者火箭推进器，而且这些东西早晚会从天上掉下来，在返回地球大气层的过程中燃烧殆尽。或许这只是时间问题，也许有些碎片要等上数年，而且那些滞留在高轨道上的物体上百年内都不会掉进大气层。美国、俄罗斯以及其他国家在开展发射任务时考虑的基本都是如此，如果真有一块巨型太阳能电池板从卫星上脱落，唯一能做的就是祝它一路顺风。

据美国国家航空航天局估计，约有1.6万件直径10厘米以上的物体在“有效区域”（位于地球上空700～900公里的条形区域）中漂浮。直径在1厘米以上的太空碎片达30万件，直径小于1厘米的物体则以千万计。

这些垃圾以超高速围着地球转圈。打个比方而言，如果一滴1立方毫米的油漆点以如此高的速度运动，打在你身上就像一颗近距离发射的0.22英寸口径的子弹；如果换成一粒煮豌豆，就像一个180公斤的保险柜以100公里的时速砸在你身上；再换成网球大小的一块金属，其威力相当于25支甘油炸药同时爆破。大块的太空碎片撞击造成的危害更大，如果太空中的一系列卫星被一连串高速运行的太空垃圾撞毁，地球上的移动电话、全球定位系统、气象预报都会失灵；太空望远镜也将出现各种故障，最终报废。

英国著名科幻作家阿瑟·克拉克于1945年就首次提出了利用地球轨道上空的同步卫星传送通讯信号的设想。他在1979年出版的科幻小说《天堂的喷泉》中又操心这些失效的卫星，太空聚集的所有垃圾“都被定位，并一一得到处理”。他甚至设计出一个名叫Operation Cleanup的清理行动：太空堡垒利用高能激光器对天空进行大扫除，把碎片蒸发掉。克拉克警告说，如果我们不采取行动，地球与外界联络的通道将被切断，我们将失去通过卫星进行通讯和探索太空的能力。他写道：“人类将重新回到闭塞时代，地球将陷入混乱，疾病和饥饿会把人类逼入绝境。”

我们现在扔垃圾的速度比以往更快。于1993年成立的机构间空间碎片协调委员会警告，按照目前的发展速度，在太空中漫游的垃圾数量将在未来10年增加5倍。“没有任何国际协议禁止往太空扔垃圾，所有国家都有恃无恐。以后将出现更多的太空航行，人类将丢弃更多的垃圾。甚至会有更多的国家用摧毁旧卫星的方式来测试他们新的武器系统，这些做法都会产生更多垃圾。”美国国家航空航天局退休科学家唐纳德·凯斯勒（Donald Kessler）告诉本刊记者。

太空碎片的数量一直呈几何级数增长，什么时候会达到临界点？1978年，唐纳德·凯斯勒出版了他的标志性论文《人造卫星的碰撞频率》，详述了后来被科学界所称的凯斯勒现象：太空垃圾与其他太空垃圾的碰撞、产生越来越多的碎片，直到最后碎片使得低地球轨道在约1000英里的地球表面无法通行。“我的说法最初没人相信，当时人们倾向于认为低轨道是无限的空间，但后来事实发生了。”凯斯勒最近撰写了一个报告给美国国家科学院，“我认为大量的太空碎片已经到了‘引爆点’，我们将失控。”

他也承认近年来很多人制定了不少计划来解决这个问题。比如美国航空航天制造商洛克希德·马丁公司的“太空篱笆”计划，预计于2015年投入首次运行，追踪太空中漂浮的垃圾。还有美国恒星公司总裁、“太空天梯”概念的提出者杰罗姆·皮尔森设计用运载工具把12个手提箱大小的太空飞行器送上轨道，每个飞行器装有100张轻质网，每张有一幢房子那么大。地面遥控人员通过机载摄像机撒网罩住太空垃圾，然后操作飞行器将碎片拖离轨道，飞行器完成任务后返回重新工作。皮尔森称，他的系统可以在最拥挤和危险的低地球轨道捕获到2500块左右的碎片，估计费用约为2.4亿美元。

诸如此类的想法还有很多，但大多只停留在设想阶段。“科学家提供了很多很好的想法，但最需要的是一个简单的政策转变。国际上应该制定法律，强制发射25年的轨道卫星必须脱轨坠落，比如配备自毁系统。如果你告诉他们必须回收垃圾，如果它不能按预定返回，他们必须遵循指南要求进行下一步处理。”凯斯勒告诉本刊。

或许如今我们真的面临一个正在逼近的空前灾难。“如果我们在下一个20年里不清理这个烂摊子，会将丧失进入太空的途径。”凯斯勒说。 太空垃圾卫星通信卫星碎片航空航天卫星轨道太空航天地球轨道危机