太空垃圾

太空垃圾（Space debris、Orbital debris或Space junk）是圍繞地球軌道的無用人造物體；太空垃圾小到由人造衛星碎片、漆片、粉塵，大到整個飛船殘骸構成。

美國國家航空航天局(NASA)將投資研發二維宇宙飛船，這種太空飛行器使用特殊的二維薄膜材料製成，可以包裹住太空垃圾並使其離開軌道。

二維宇宙飛船的推進劑以液體形式儲存在兩片薄膜之間寬度為10微米的縫隙中。一個大小為1平方米的二維宇宙飛船重量約為35克，因此這種宇宙飛船將大大降低太空發射的成本。

這一項目是NASA創新先進概念計畫(NIAC)篩選出的13個研究方案之一。NASA創新先進概念計畫旨在資助研發利用最前沿技術的革新性系統。

基本介紹

• 中文名：太空垃圾
• 外文名：Space debris
• 軌跡：圍繞地球軌道
• 類型：無用人造物體
• 原料：人造衛星碎片、漆片、粉塵
• 作用：污染了宇宙空間

基本介紹

太空垃圾又稱空間碎片或軌道碎片，是宇宙空間中除正在工作著的太空飛行器以外的人造物體，包括運載火箭和太空飛行器在發射過程中產生的碎片與報廢的衛星，太空飛行器表面材料的脫落，表面塗層老化掉下來的油漆斑塊；太空飛行器逸漏出的固體、液體材料；火箭和太空飛行器爆炸、碰撞過程中產生的碎片。

按照火箭科學家專業的說法叫做“軌道碎片”，不過一般人都將其稱為“太空垃圾”。別小看了這些零零碎碎的太空垃圾，據統計，與大於10厘米的太空垃圾(至少有1.6萬)碰撞或可“殺死”太空飛行器。真的有這么多的垃圾嗎？其實，歸根結底都是我們人類自己製造的。

產生歷史

自前蘇聯發射人類第一顆人造衛星斯普特尼克1號以來，全世界各國一共執行了超過4000次的發射任務，產生了大量的太空垃圾。雖然其中的大部分都通過落入大氣層燃燒殆盡，但是截止2012年還有超過4500噸的太空垃圾殘留在軌道上。美國於1958年發射的尖兵1號人造衛星報廢后至今仍在其軌道上運行，是軌道上現存歷史最長的太空垃圾。[1]

太空垃圾電腦模擬圖

陸地污染

太空垃圾不僅給航天事業帶來巨大隱患，而且還污染了宇宙空間，給人類帶來災難，尤其是核動力發動機脫落，會造成放射性污染。美國和前蘇聯在空間的核反應堆中有1噸的鈾—235及其他核分離物。

產生因素

簡單來說，就是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物。

太空垃圾的產生方式一共有以下三種：

一是有意或無意爆炸產生的太空飛行器殘骸。有意的爆炸，極大多數來自前蘇聯和美國太空戰的“預習”。其中前蘇聯就曾進行了19次衛星攔截、爆炸試驗，給太空帶來了500～1000塊大小不等的碎塊垃圾。無意的爆炸，如1973年間，美國有7枚火箭在軌道上爆炸。1986年，歐洲發射的“阿麗亞娜”火箭剛進入軌道就發生爆炸，其碎塊中大於10厘米的就有564塊，還有2300多塊小於10厘米的。

太空垃圾

二是太空人漫不經心的過失。如1982年，太空人瓦倫丁·列勃捷夫在進行例行的太空行走時，他剛剛打開“禮炮7號”空間站的減壓艙門，由於近乎真空的太空所具有的巨大吸力，把太空人們不慎留在減壓艙內的一些螺栓、墊圈和一支鉛筆，都吸入太空，成為了太空垃圾。更令人遺憾的是，前蘇聯的一些太空人還把在太空生活中產生的生活垃圾丟入太空。人們還發現，有一隻被一名美國太空人丟失的手套，竟在空中飄浮遊蕩了20多年。

這就是那隻丟失並在太空中飄蕩了20多年的手套

三是衛星和火箭的殘骸。一些失去效用的衛星，仍在軌道上飛行。雖然它們最終會因飛行速度減小，重返大氣層而與大氣層摩擦燒毀，但恐怕要在幾十年到幾百年以後。在近地空間裡，還飄浮著許多火箭的殘餘部分，如火箭被丟棄的金屬外殼、運載火箭的末級殘體、散落下來的發動機和各種銜接部件等。

NASA憂心忡忡地公布：2005年1月17日，南極上空885公里，發生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一塊31年前發射的，美國雷神火箭推進器遺棄物，與中國發射的長征四號火箭CZ-4碎片相撞。這是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。

最早提出“太空垃圾”概念的是防空部隊的值班人員，因為監控宇宙空間的部門每天要監視5萬多個物體，太空垃圾常令他們迷惑。16年前，加拿大某氣象台宣布，發現了英仙星座附近有體爆炸。後來才弄清楚，這不過是一顆廢棄人造衛星在太陽光反射下造成的效果。另據俄報導，1987年，曾發生過因連線器擰不緊，“量子”艙無法同“和平”號對接的情況。當時，經驗豐富的地面控制中心認為，艙外肯定有物質干擾對接，於是派一個考察組上去檢查，結果發現那裡有一個金屬殘片。

20世紀60年代以前，沒人聽說過太空墜落物，但是自1973年以來，每年有數百塊太空垃圾墜落地球。但由於其在經過大氣層與空氣產生的急劇摩擦，使得這些垃圾在未通過大氣層時就自我燃燒殆盡，在大氣層的保護下就自我毀滅了。萬幸的是，迄今沒有大型的太空垃圾墜向地球，因此也尚未傷人。

歷史事件

1961年至1963年美國西福特計畫

1984年美國反衛星飛彈試驗

2007年中國反衛星飛彈試驗

2008年美國燃霜行動

2009年衛星碰撞事件

2013年厄瓜多衛星撞擊事件

主要危害

太空垃圾一般在高300-450公里的近地軌道上以每秒7-8公里，而在36000公里高度的地球靜止軌道上則以每秒3公里的速度高速運動，根據軌道傾角碰撞時的相對速度甚至可以達到每秒10公里以上，因此具有巨大的破壞力。因此太空垃圾若與運作中的人造衛星、載人飛船或國際空間站相撞，會危及到設備甚至太空人的生命，據計算一塊直徑為10厘米的太空垃圾就可以將太空飛行器完全摧毀，數毫米大小的太空垃圾就有可能使它們無法繼續工作。而太空垃圾也因此成為了國際問題。

自上世紀20世紀50年代超級大國進軍宇宙以來，人類已經發射了四千多次航天運載火箭。據不完全統計，太空中現有直徑大於10cm的太空垃圾九千多個，大於1.2cf的有10萬個以上，而漆片和固體推進劑塵粒等微小顆粒個能數以百萬計。

這些太空垃圾飛行速度極快（6-7km/秒），他們隱藏著巨大的殺傷力：一塊10克重的太空垃圾撞上衛星，相當於兩輛100km/時的小汽車相互碰撞，衛星會在1.5秒內被打穿或直接擊毀！但一撞上，那就是毀滅性的。最讓科學家頭疼的是“雪崩效應”——每一次太空垃圾的相互碰撞不會互相湮滅，而會產生更多的碎片，這就是新的“大問題”。

美國宇航局和國防部跟蹤分析這些太空垃圾，休-路易斯(Hugh Lewis)博士認為，對於希望在太空中生活和工作的下一代人類而言，太空垃圾是不容小覷的問題。清理太空軌道上的垃圾物質需要幾年時間才能實現，需要工程師、科學家、律師和經濟學家的共同合作。

危害事故

1983年，美國航天飛船“挑戰者號”與一塊直徑0.2毫米的塗料剝離物相撞，導致舷窗被損，只好停止飛行。前蘇聯的“禮炮—7”號軌道站也多次被此類“塵埃”損壞。1986年，“阿麗亞娜”號火箭進入軌道之後不久便爆炸，成為564塊10 厘米大小的殘骸和2300塊小碎片，這枚火箭的殘骸使兩顆日本通信衛星“命喪黃泉”！1991年9月15日，美國發射的“發現者”號太空梭差一點與前蘇聯的火箭殘骸相撞，當時“發現者”號與這個“不速之客”僅僅相距2.74千米，幸虧地球上的指揮系統及時發來警告信號，它才免於喪生。

美國東部時間2009年2月10日上午11時55分（台北時間2月11日晚0時55分），美國和俄羅斯的兩顆通信衛星在太空相撞並產生大量太空垃圾，這極有可能會對國際空間站構成威脅。

據計算，太空軌道上每個飛行物發生災難性碰撞事件的幾率為3.7%，發生非災難性撞擊事件的可能性為20%。以此計算，今後將每5～10年可能發生一次太空垃圾與太空飛行器相撞事件，到2020年將達到2年一次。

躲避垃圾

2014年4月3日美國航天局宣布，為躲避一塊阿麗亞娜5型火箭的殘骸，國際空間站飛行控制人員當天調整了空間站的飛行軌道。這也是近3周內國際空間站第二次躲避太空垃圾。

美國航天局的聲明說，過去幾天，飛行控制人員一直跟蹤一塊阿麗亞娜5型火箭殘骸。結果發現，這塊太空垃圾有可能從空間站旁約300米處飛過，因此決定調整空間站的軌道。

聲明說，美國東部時間3日16時42分，空間站推進器點火3分40秒，將空間站的軌道抬升了約800米。空間站上的6名太空人提前得到通知，沒有任何危險。

2014年3月16日，空間站也曾提升軌道，以躲避一塊俄羅斯氣象衛星的碎片。

垃圾現狀

根據NASA的統計，地球軌道上有大約4000個運行中或報廢的人造衛星和火箭殘體，此外還有大約6000個可以看到並跟蹤的太空垃圾碎片；而直徑超過一厘米的太空垃圾，更多達20萬個。這些物體大多數的運行速度，都在2萬公里/小時以上。運行在地球軌道上的這些物體無時無刻不對衛星本身的安全、太空梭以及國際空間站的安全構成威脅。

太空垃圾

根據美國憂思科學家聯盟（Union of Concerned Scientists）截至2009年1月21日的統計數據，運行在地球軌道上的人造衛星為905顆，其中美國443顆、俄羅斯91顆、中國54顆，最為擁擠的地球同步軌道（高度35860公里，赤道上空，傾角為0）上的衛星為366顆。近地軌道（700公里到2000公里）上有442顆。

2010年7月30日據俄新網報導，俄羅斯航天署新聞處發布訊息說，中國已經成為在近地宇宙空間製造太空垃圾最多的國家。俄航天署官方網站周五發表的一篇文章指出，“根據統計，40%的太空垃圾是中國製造的。美國的太空垃圾占27.5%，俄羅斯占25.5%，其他國家占7%”。

而根據NASA負責監測太空碎片部門的官方數據，近地空間大多數的太空垃圾屬於俄羅斯和獨立國協國家(5833顆)，其中包括1402顆衛星，4431個運載火箭殘骸等“垃圾”。美國排在第二，總共製造了4824個垃圾，包括1125顆報廢衛星和3699個運載火箭殘骸等碎片。而中國製造的太空垃圾超過3388個(88顆廢衛星和3300個其它碎片)，少於俄羅斯和美國。

2011年9月1日，美國的研究報告顯示，在地球軌道上的太空垃圾數目已達到臨界點，相撞的機會大增，並威脅1000個人造衛星的安全。該報告稱，地球軌道上已有2.2萬餘件可以偵測到的太空垃圾，其中不少是發射飛彈後被摧毀的衛星碎片。

截止2016年11月，大約有1億塊太空垃圾環繞地球運行，其中27000塊直徑超過10厘米，由美國宇航局和國防部進行跟蹤。每塊太空垃圾的運行速度均達到28000公里/小時。

解決對策

保持清潔

航天專家們已經開始研究限制空間垃圾的產生，以及消除空間垃圾的辦法。如：將停止工作的衛星推進到其他軌道上去，以免同正常工作的衛星發生碰撞；用太空梭把損壞的衛星帶回到地球，以減少空間的大件垃圾。有一些科學家提出，使用雷射武器，將太空垃圾在太空中直接焚燒掉。

探測控制

大一些的太空碎片可以用監測飛彈和間諜衛星的系統來進行監測。美國和前蘇聯的太空檢測網路已經登記了1萬個太空物體。每天大約有50個雷達、光學或光電感應器要對天空進行大約15萬次觀察，但是這一監測系統卻不能探測到小於10厘米的物體。直到1984年，科學家才採取取樣調查的方法，對這些小物體進行了分析。而德國和美國的科學雷達可以探測到2毫米大小的物體。

儘管發射衛星的數量有所減少，監測技術也有所提高，但消除太空垃圾仍然是一個十分困難艱巨的課題。NASA、國防部和能源部正在研究一項計畫，在地面上用雷射來去除太空中的小型垃圾。科學家提出如果人類不能積極地控制衛星的數量和消除太空垃圾，那么人類在天空中也會像在地球上一樣缺少空間。

移動雷達

在日本本州島岡山縣一台遠程控制雷達從4月6日起開始工作，該雷達主要作用是跟蹤太空垃圾的移動。這是世界上第一台專門用來跟蹤太空垃圾移動的雷達，在其他一些國家都是藉助于軍用雷達來記錄或確定太空垃圾。

新型雷達能測定直徑為1米高度達600千米物體的位置，並能同時跟蹤近十個物體。

新型雷達由幾家私人公司在日本文部科學省資助下耗資20億日元（約1800萬美元）建成，該雷達將由位於日本大阪附近茨城的航天中心進行遠距離控制。

躲避垃圾

外媒2012年9月26日報導，為躲避太空垃圾，國際空間站(ISS)的位置可能需要做出調整。

美國宇航局(NASA)26日表示，一個俄羅斯廢棄衛星的碎片和一艘印度火箭的殘骸27日將飛近國際空間站，存在撞擊空間站的可能。若有必要，國際空間站27日可能會做出移動。

據悉，國際空間站內有三名航天員駐紮。他們會藉助對接在空間站上的歐洲補給宇宙飛船的動力來移動空間站。歐洲宇宙飛船本來應該已經離開，因為通訊故障，返航時間才被延誤。

太空垃圾飛行的速度很快，萬一被撞擊，國際空間站可能會受損。美國宇航局表示，不能確定俄羅斯衛星碎片的大小。

太空環境已經嚴重污染，太空垃圾主要產生者特別是美國當然要負主要治理責任，但是在治理過程中，加強國際合作，提高行為透明度至關重要，美國不僅在邁向和保持航天強國過程中產生了大量太空垃圾，而且還在進行太空武器試驗過程中，用飛彈摧毀報廢衛星製造了很多太空垃圾。比如，冷戰期間，美國為確保戰爭情況下在全球範圍內穩定進行無線電通訊，啟動了在太空散布數億根銅針，形成一個8公里寬，38公里長雲環的“西福特計畫”，這些銅針中的相當一部分最終成為了太空垃圾

各國措施

美國

太空垃圾：美國宇航局提出了一項“清理”近地太空的激進方法。美國密西根大學的一個科研組正在研究一種利用氣體“脈衝”射擊太空碎片的新技術。這種被提議的新系統名叫太空碎片清除(SpaDE)系統，它將通過把大氣氣體脈衝發射到目標碎片必經路線上，增加太空垃圾的摩擦力，令其下降墜落到地球大氣層里。

英國

欲讓死衛星不再變太空垃圾

清潔太空一號衛星到2009年1月為止，英國薩里衛星技術公司（SSTL）的研究人員設計一種用於小衛星的微型電力推進器，可以將衛星安全帶回地球大氣層，在空中燒盡，從而避免產生太空垃圾，控制低空軌道的衛星擁擠狀況。這項技術還可以將小衛星送到更遠的太空。

中國

建立“太空垃圾”觀測中心

“中國科學院空間目標與碎片觀測研究中心”2005年3月初在中科院紫金山天文台成立，將為中國在空間航天領域建起安全預警系統。

遨龍一號空間碎片主動清理飛行器

空間碎片主動清理飛行器在前期技術研究和地面試驗的基礎上，以模擬的空間碎片為目標，驗證碎片清除關鍵技術，任務結束後進行鈍化處理。2016年6月已隨長征七號運載火箭發射升空並開始運行。

俄國

俄羅斯航天署向政府提交的“2016—2025年聯邦航天計畫草案”，為了清除在地球同步衛星軌道上的大型太空垃圾——報廢衛星或火箭助推裝置，俄羅斯聯邦航天署計畫投入108億盧布（約合3億美元）開發一種名為“掃除者”的太空飛行器。它的設計工作預計從2018年開始，到2025年投入試運行。不過，俄羅斯航天署下設科研機構的負責人丹尼柳科表示，地球同步衛星軌道已經很擁擠，製造這種新太空飛行器的任務將變得異常複雜。

按照計畫，“掃除者”約重4噸，可以在一個周期內（最長6個月）帶走不超過10枚報廢衛星或火箭助推裝置。每台“掃除者”的使用期限預計達到10年，也就是說可以工作不少於20個周期。

根據專家的描述，“掃除者”清理太空垃圾的方式可能有兩種：太空飛行器在接近報廢衛星後，將目標“抓住”，送到更高的軌道，使其不影響其他太空飛行器的飛行；或者將它推離軌道，送往地球方向，最後將其徹底“埋葬”在太平洋水域的“太空飛行器墓地”。

日本

在日本本州島岡山縣一台遠程控制雷達從2011年4月6日起開始工作，該雷達將由位於日本大阪附近茨城的航天中心進行遠距離控制。

瑞士

擬發射首顆打掃衛星清理太空垃圾

2012年2月，瑞士科學家宣布，計畫研發猶如家用吸塵機的裝置，或像水母觸鬚一樣的打掃衛星，為外層空間大掃除，清理廢棄衛星及火箭殘骸等太空垃圾。該衛星名為“清潔太空一號”，預計造價1,000萬瑞郎（約合人民幣6856.4萬元），將於3至5年內發射。新衛星第一個任務是回收兩枚分別於2009年及2010年發射的瑞士衛星。

國際空間站

穿“鎧甲”抵禦太空垃圾

國際空間站上的兩名俄羅斯太空人經過5個半小時的太空行走，為空間站安裝金屬遮蔽罩，減少太空垃圾對空間站的威脅。這次太空行走的主要任務是在俄羅斯建造的太空艙外安裝5個鋁製遮蔽罩，防止太空垃圾撞壞空間站。每個遮蔽罩重9公斤，寬0.6米、長0.9米。俄羅斯為國際空間站建造的生活艙已在距地面355公里的軌道上運行了7年。

美國航空航天局一個獨立工作組發布報告稱，太空垃圾是國際空間站面臨的威脅。安裝遮蔽罩將大大提高空間站抵抗太空垃圾撞擊的能力。報告估計，俄羅斯為空間站建造的設備完成的防護升級，空間站被太空垃圾撞毀的風險將從9%降至5%。

國際規定

飛行器壽終正寢後，有能力離軌即離開有用軌道，到沒用的地方去；對已編號的全部碎片，要進行全程跟蹤，目的是讓太空梭、空間站、衛星對較大碎片進行避讓；在飛行器設計的時候，應考慮如何針對小碎片碰撞進行有效防護等問題。