科普之窗 | 太空上…也开始垃圾分类了！一个小碎片就会引发险情

太空垃圾又被称作空间碎片。通俗地说需要满足两个条件，一是发射到太空中的人造物体，二是本身没啥功能或失效了。

▲太空垃圾

1.遗弃的航天器和运载火箭箭体残骸

2.航天器发生爆炸和碰撞解体产生的碎片

3.固体火箭点火产生的燃烧物。

4.核动力发动机的冷凝剂。

5.太空实验。

6.在轨操作产生的操作性碎片。

目前空间碎片总质量达到几千吨，美国已编目尺寸大于10cm的在轨碎片数量已超过23000个，尺寸在1cm至10cm之间的碎片约70万个，尺寸小于1cm的碎片数以亿计。注意这里是按照尺寸分类说明的，因为尺寸关乎到碎片的危害。

▲1957年至2017年空间物体数量变化趋势图

这些太空垃圾的危害主要包括两个方面：对天上的卫星、对地面的人员。

先说天上的事。质量和速度越大的物体能量越大，这些太空垃圾的速度大约10km/s。照此计算，一个瓶子盖之类的小东西的能量和时速百公里的汽车相仿。怼你一下，就问你怕不怕！当然，这些碎片也不是每个都那么强大，具体还要看质量，通常可以用尺寸来衡量。

▲太空垃圾艺术示意图

再说说地上的事。空间碎片受到来自太阳、月球、地球等多种力的作用，在这些力的共同作用下，某些碎片的高度越来越低，最后落到地面上。很多碎片在陨落过程中，会在大气层中烧毁，但也有个头超大烧不干净的，最后落到地面上。

1.有毒有害。大部分火箭或航天器的燃料都含有剧毒，这都属于有害垃圾，一旦落到地面，危害极大。为了清理这些落地的有害垃圾，就需要斥巨资。

2.直接撞人。1997年春天，有一位美国的Lottie Williams女士在晚上遛弯时，肩膀被一个东西撞了一下，事后确认是一个火箭残骸形成的碎片。

太空垃圾可以分成有害垃圾和可回收垃圾两种。

1.有害垃圾。主要是那些完全没有再利用价值的碎片。

2.可回收垃圾。就是那些功能完好，但燃料耗尽的卫星。一些国家提出在轨延寿的研究，希望能够通过对其加注燃料，进行简单的维修实现这些卫星的再利用。

▲MDA对接后的概念图

垃圾的清理，主要包括垃圾主动清理和被动清理。

1.主动清理。卫星任务结束后，利用剩余燃料改变卫星轨道，或者使卫星高度降低，使其能够在若干年内陨落，或者使卫星避开繁忙的轨道区域，进入一个卫星不常用的轨道区域，这都是经济实惠的降低垃圾危害的办法。

2.被动清理。太空垃圾清除技术近年来热度持续升温，提出的方案也五花八门，但全部属于技术设想、或是验证阶段，要想发展成为成熟的垃圾清理产业尚需时日。挑几个典型的介绍一下。

激光清除。发射激光照射碎片，使碎片表面材料部分发生汽化，汽化喷射作用改变碎片的轨道。

机械臂。发个航天器接近碎片，直接用机械臂抓取。当然，机械臂也可以换成诸如飞网、飞叉等等。

安装太阳帆。还是发个航天器接近碎片，给碎片安装上一个轻薄的大帆，改变碎片的面积，间接改变碎片受到的阻力，使其陨落。或者在碎片上装个其他能够改变轨道的装置，总之为了降低碎片轨道。

1990年3月14日，国际通信卫星6号成功发射升空，但星箭分离失败了，卫星未能入轨，面临着成为垃圾的风险。地面人员最终拍板决定派一艘航天飞机上天，把卫星抓住修修。2年后，1992年奋进号航天飞机携带7名航天员奔赴太空，经过几次失败尝试后最终徒手抓取了卫星，后经过维修，并更换了新的上面级，最终卫星成功进入预定轨道，继续完成预定任务。