穹顶之上：太空垃圾调查

2019年的夏天，当我们热衷讨论“干垃圾、湿垃圾、可回收垃圾和有害垃圾”（垃圾分类）时，天宫二号受控离轨并再入大气层，少量残骸落入南太平洋预定安全海域，在汪洋大海中化身乌有。而自1957年第一颗人造卫星进入太空以来，能够像天宫二号一样受控返回地球坠毁的航天器少之又少，很多却变成了穹顶之上的 “太空垃圾”。

达摩克里斯之剑：近地轨道的“路障”

太空垃圾（space junk），也可以被称为轨道碎片（space debris），是指在绕地球轨道上运行，但不具备任何用途的各种人造物体。构成这些碎片的东西包括了废弃的航天器和报废卫星、火箭外包装、碰撞和对接期间产生的金属片、螺母和螺栓、不慎丢弃的工具、大块冰冻火箭燃料，以及从载人飞船上扔下的宇航员排泄物。

具体来说，太空垃圾的名目繁多：大的有已经“寿终正寝”但仍在空间轨道兜圈子的卫星、空间站等航天器，被遗弃的运载火箭推进器残骸；中等有意外爆炸形成的碎片，如1996年6月3日，美国一枚飞马座火箭发生爆炸，共产生了约300000个危害性碎片；小的有一些零部件，如星箭分离用的爆炸螺栓、卫星包带和弹簧等；更多的则是极其微小的空间微粒，如航天器脱落的油漆颗粒等。

21世纪世界航天与太空科技的竞争成为综合国力的制高点之争：美国在2004年就公布了太空计划，包括探索火星等一系列涵盖航天各个领域。俄罗斯紧随其后，在2005年公布了预算高达105亿美元并且包括载人前往火星的太空计划，花费重金发展本国的航天产业。2005年初，欧洲航天局也公布了火星探测计划，宣称在30年内登陆火星……各式各样的地球卫星、空间探测器都飞上了天空：科学卫星、通信卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、截击卫星、技术试验卫星、空间物理探测卫星、天文卫星……然而，在星辰大海的征途上，却隐藏着巨大的危机和风险——穹顶之上的太空垃圾，成为了悬在我们头顶的“达摩克里斯之剑”。

凯斯勒现象：令人担忧的链式反应

“太空垃圾”有撞击其它航天器的风险，某些太空垃圾在返回大气层时也会对地面安全造成威胁。由于太空垃圾以轨道速度运行，若与它们相撞可能会严重损坏尚在运作的航天器，甚至威胁到宇航员在舱外活动时的生命安全。

根据2006年美国航空航天局公布的数据显示，10厘米以上大小的太空垃圾已经达到了1.7万片，2.5到7.5厘米的超过20万片，更小的则数以百万计。目前，太空垃圾的总质量已达5000吨，其主要生产国家是俄罗斯、美国、印度、日本等。

即使从现在开始停止发射任何卫星和火箭，太空垃圾仍然会增加，因为现有的太空垃圾会相互碰撞并且断裂形成更多碎片， 即使一次小小的意外，也可以造成巨大的灾难。NASA的科学家凯斯勒在1978年时提出了一种观点：一次碰撞中产生的碎片会导致其他的碰撞，每一次碰撞都将产生更多的碎片导致更多次的碰撞直到轨道中的物体所剩无几，这也被称为凯勒斯效应（The castle effect）。

这里就像散弹枪一样，每次碰撞都会产生更多的子弹，“星星之火，可以燎原”，这个破坏速度会以指数式增长，最终毁灭掉一切停留在轨道上的事物。或许我们会认为宇宙很大，每一个碰撞都要等到很久才会发生，但是当我们知道一些发生时，可能就已经太晚了，第1年一个卫星被毁坏了，没什么大不了的，第2年5个，第3年50个……直到一个不剩。

“太空环保”：亟待提上议程的话题

“凯斯勒效应”使太空垃圾形成可以自我维持的碎片群，这些碎片群不仅对卫星是灾难性的，对宇航员也是致命的。太空垃圾与温室气体、核燃料存储等问题一样，短时间内影响不大，但是如果长期得不到解决，将埋下巨大的隐患。

目前，人类已经提出了一些千奇百怪的主意来清理这些垃圾：一种方法是如果在轨道上遇到一块太空垃圾，通过一个带有网的小卫星去捕捉它，一旦捕捉到小卫星，就会把它带入地球而坠毁；如果目标相对巨大比如火箭残骸，清理卫星会展开一个巨大的拖帆来产生阻力，从而加速太空垃圾速度的衰减……还有轨道垃圾叉、太空拖轮、激光武器等，当然很多都只停留在设想层面，更多研究还需要空间力学和材料科学等相关方面的工作推进。除了直接“拖拽式”的清理，人们还有许多疯狂的理论科技建议，比如通过一个无比巨大的电磁铁。依靠磁场的力量推动卫星内部的磁性元件，使得太空垃圾在轨道上稳定自己，这种方法应该比网和叉子捕捉卫星更安全。

“大航海时代”改变了一次人类的世界格局，而如今我们迎来了是“大航天”时代。在新一轮国力较量和技术革新到来的同时，关于 “太空环保”的议题也是时候被提上议程。