自人類在1957年10月4日第一次發射人造衛星——斯普特尼克1號進入太空以來，第一個(ge) 太空垃圾便已誕生。

太空垃圾包括因壽命已盡而報廢、因事故和故障而失控的人造衛星、發射各類航天器時使用過的火箭本身及其一部分零件。

多級火箭分離時產(chan) 生的碎片、大塊碎片相互碰撞後產(chan) 生的小碎片、甚至還有宇航員在太空作業(ye) 時遺失的手套和工具等物品。

宇航員太空艙外高空作業(ye)

圖源：YouTube

據不完全統計，從(cong) 1957年到2005年，世界各國總共發射成功了約6000個(ge) 航天器。

其中俄羅斯3121個(ge) ，美國1802個(ge) ，其他國家、地區和組織為(wei) 764個(ge) (其中日本109個(ge) ，中國88個(ge) ，法國46個(ge) ，印度38個(ge) 等)。

其中通信衛星1671顆，遙感衛星2107顆，導航衛星384顆，科學衛星和試驗衛星1049顆，空間探測器140個(ge) 。

另據美國關(guan) 注科學家聯盟組織2007年初公布的世界衛星數據庫顯示，目前環繞地球飛行的共有近800顆各類衛星，其中413顆屬於(yu) 美國。

這些衛星在使用壽命耗盡後都會(hui) 通過變軌來碰撞大氣自毀，然而，高軌道衛星動能龐大，使得它們(men) 難以減速墜毀，一些老舊的衛星操作也會(hui) 遇到不可預期的問題而失控。

這是目前大型垃圾的主要來源，如“高層大氣研究衛星（UARS）”、尖兵1號人造衛星。

高層大氣研究衛星太空假想

圖源：維基百科

在發射衛星上太空的過程中，大部分火箭的第一節都會(hui) 自然落入大氣燒毀，而後麵級若能達到入軌高度，一般則會(hui) 進行反推來回收（早期版本的火箭可能不會(hui) 擁有此功能）。

不過少部分情況下，會(hui) 因為(wei) 引擎突然爆炸或是零組件遺落、燃料估算錯誤而導致最終可能無法進行所謂可操作墜毀的過程。

火箭分離示意圖

圖源：維基百科

除了航天器之外，美國在20世紀60年代曾經執行過西福特計劃（Project West Ford），將4億(yi) 3000萬(wan) 根銅製偶極天線散布在軌道上形成雲(yun) 狀環，從(cong) 而反射無線電信號以便海外的美軍(jun) 能更好地與(yu) 本國聯係。

這個(ge) 計劃散布的針狀物分布於(yu) 高度在3500公裏到3800公裏之間，軌道傾(qing) 角在96度到87度之間的軌道範圍。

根據當時美國聯合國大使阿德萊·史蒂文森的說法，在太陽輻射壓力的作用下，這些針將會(hui) 在短短3年內(nei) 離開軌道。

但事實上直到現在仍有相當數目的針殘留在軌道上，偶然才會(hui) 返回大氣層。

銅製偶極天線，全長1.78厘米，直徑25.4微米（1961年）/17.8微米（1963年）的針狀物

圖源：Weather Modification History

一些太空作業(ye) 過程也會(hui) 意外地遺留下太空垃圾。

在Edward Tufte所著的書(shu) 籍《Envisioning Information》中提及到現存的太空垃圾當中包括一隻太空人愛德華·懷特在進行艙外活動時遺失的手套。

邁克爾·科林斯在雙子星座10號任務期間遺失的攝影機及和平號空間站運作15年間棄掉的垃圾袋、一個(ge) 扳手和一支牙刷。

參與(yu) STS-116（第120次航天飛機計劃）的蘇尼特·威廉斯在一次艙外活動期間也丟(diu) 失了一個(ge) 攝影機。

STS120的工作人員在維修國際空間站上一塊太陽能電池板時遺失一對鉗，在STS-126中一名太空人進行艙外活動時丟(diu) 失了一個(ge) 大約公文包大小的工具包。

在STS-126中丟(diu) 失的工具包

圖源：維基百科

太空垃圾的另一主要來源是冷戰時期反衛星武器的研發，美國與(yu) 前蘇聯在60至70年代所進行的一係列反衛星武器試驗製造了大量太空垃圾。

80年代，美國重新啟動反衛星武器計劃，與(yu) 渥特（Vought）公司簽約研發出ASM-135反衛星導彈，並在1985年進行實驗擊毀了一個(ge) 環繞地球525公裏重2200磅的衛星，製造了上千顆大於(yu) 1厘米的太空垃圾。

所幸由於(yu) 實驗在較為(wei) 低的軌道上進行，大部分的碎片被重力牽引並在大氣層內(nei) 燃燒殆盡。

反衛星武器假想圖

圖源：新浪軍(jun) 事

太空垃圾一般在高300-450公裏的近地軌道上以每秒7-8公裏高速運動，而在36000公裏高度的地球靜止軌道上則以每秒3公裏的速度運動。

根據軌道傾(qing) 角碰撞時的相對速度甚至可以達到每秒10公裏以上，因此具有巨大的破壞力。

因此太空垃圾若與(yu) 運作中的人造衛星、載人飛船或國際空間站相撞，會(hui) 危及到設備甚至宇航員的生命。

據計算，一塊直徑為(wei) 10厘米的太空垃圾就可以將航天器完全摧毀，數毫米大小的太空垃圾就有可能使它們(men) 無法繼續工作。

而太空垃圾也因此成為(wei) 了國際問題。

太空垃圾的分布示意圖

圖源：維基百科

為(wei) 控製和減少太空垃圾，宇航專(zhuan) 家們(men) 提出了許多對策，總結為(wei) “避、禁、減、清”四個(ge) 字。

“避”就是發展現代太空監視係統，使航天器及時避開太空垃圾。

日本本州島岡(gang) 山縣一台遠程控製雷達2005年開始工作，這是世界上第一台專(zhuan) 門用來跟蹤太空垃圾移動的雷達，它能同時跟蹤近十個(ge) 物體(ti) 。

美國空間監視網絡（US Space Surveillance Network, SSN）、俄羅斯空間監視係統（Space Surveillance System, SSS）等機構對約10厘米以上的較大太空垃圾進行編錄並實時監視，而日本也在美星空間警戒中心、上齋原空間警戒中心進行太空垃圾的觀測工作。

已被編錄的大於(yu) 10厘米太空垃圾現已超過9000個(ge) ，而1毫米以下的微小太空垃圾可能有幾百萬(wan) 甚至幾千萬(wan) 個(ge) 。

“禁”是禁止在空間進行試驗和部署各種武器，限製發射核動力衛星。

前蘇聯核動力衛星結構圖

圖源：百度百科

“減”就是盡量減少太空垃圾的增加。

我國已掌握了火箭剩餘(yu) 燃料排放技術，避免在執行火箭發射任務後產(chan) 生太空垃圾。

“清”就是發展太空垃圾清除技術，美國航空航天局正在試驗一種“激光掃帚”技術擊落太空垃圾。

俄羅斯科研人員還開發出保護航天器與(yu) 太空垃圾碰撞的新防護屏。

當太空碎片與(yu) 其發生碰撞時，將降低碰撞的強度，碰撞產(chan) 生的能量還使太空垃圾發生爆炸式的化學反應，大大加快了太空碎片變成粉末的過程。

目前比較具體(ti) 的太空垃圾清理方案設想有三個(ge) ，一是美國德州農(nong) 工大學提出“彈弓-衛星太空清掃器”的設計方案。

該方案能夠捕獲太空垃圾，再將太空垃圾投向地球大氣層燃燒，之後使用動量航行至下一個(ge) 太空殘骸目標進行清除。

太空彈弓設想圖

圖源：中國運載火箭技術研究院官網

二是“立方太陽帆”。英國提議建造“立方太陽帆”，使用小型人造衛星帶動太陽帆捕獲太空殘骸至低軌道。

最初計劃於(yu) 2011年實施，但目前該計劃仍在籌劃之中，期待生產(chan) 商薩裏太空中心製造更多小型人造衛星來實現。

立方太陽帆計劃

圖源：中國運載火箭技術研究院官網

三是大氣層爆炸法。美國弗吉尼亞(ya) 州雷神BBN科技公司的丹尼爾-格雷戈裏(Daniel Gregory)提出一種策略——在大氣層製造“爆炸”，使人造衛星殘骸進入低軌道燃燒。

他們(men) 在高海拔平原釋放氣球爆炸，2012年初進行的研究測試表明該方法足以擾亂(luan) 低地球軌道太空殘骸的運行路徑。

四是美國航空航天局希望研製的“激光掃帚”，它主要針對直徑1—10厘米的太空垃圾。

“激光掃帚”鎖定某個(ge) 太空垃圾目標後，將發出一束激光，照射在太空垃圾背離地球的一端，使之部分升華為(wei) 氣體(ti) 。

就像噴氣式飛機的原理一樣，利用氣體(ti) 的反作用力推動太空垃圾朝地球的方向運動，最終使其進入大氣層，與(yu) 大氣層產(chan) 生強烈摩擦而燃燒自毀。

五是太空清理衛星，瑞士航天中心正在研發一種超快仿生手臂，將其安裝在“清潔空間一號”衛星上，捕捉並回收太空垃圾。

瑞士航天中心希望這個(ge) 機械手臂能在0.05秒內(nei) 抓住各種不規則形狀的拋擲物。

我國新一代運載火箭長征七號2016年6月25日首飛搭載的遠征1A上麵級，為(wei) 中國未來空間碎片清理等軌道服務奠定了工程應用基礎，對於(yu) 中國空間運輸與(yu) 應用係統的發展具有裏程碑意義(yi) 。

首飛火箭搭載載荷“遨龍一號空間碎片主動清理飛行器”也在探索太空垃圾清除相關(guan) 技術。

遨龍一號空間碎片主動清理飛行器發射

來源：百度百科

雖然說由於(yu) 太空垃圾的體(ti) 積限製，導致數量眾(zhong) 多的它們(men) 均攤到地球周圍廣袤太空時顯得稀稀疏疏，但太空垃圾的存在依舊會(hui) 嚴(yan) 重影響到地球太空探索的安全。

2005年1月17日世界時2點14分，在南極上空東(dong) 經306.8°、南緯80.6°的885千米高空發生了一起“宇宙交通事故”。

我國一塊長征四號火箭的碎片與(yu) 美國雷神-博納火箭的末級相撞，撞擊的結果是雷神-博納火箭被撞出兩(liang) 塊地麵可跟蹤的碎片。

太空垃圾假想圖 來源：BBC

太空垃圾能否清除關(guan) 係到我們(men) 未來能否自由地進入太空，我們(men) 不能任由它們(men) 漫天飛舞。

各國科學家正在行動，相信一定能夠還宇宙一片幹淨的星空。

——錢航（中國科學院國家空間科學中心博士，現中國運載火箭技術研究院總體(ti) 設計部型號設計師）

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