提出了减少空间碎片产生、避免航天器分离解体-林口新闻
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地球探测器-提出了减少空间碎片产生、避免航天器分离解体-林口新闻

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一小塊碎片就足以致命「傳統意義上的太空垃圾就是空間碎片,也就是太空中無用人造物體,包括衛星、探測器、載人飛船、火箭末級的殘骸等。」清華大學航天航空學院教授寶音告訴科技日報記者,空間碎片既可按照軌道高度分為低軌、中軌、高軌碎片,也可按照體積大小分類。由於相對速度極高,甚至能達到子彈速度的幾倍、幾十倍,它們的危害非常大。微米級顆粒的撞擊就能導致衛星上的光學鏡頭損壞,毫米、厘米以上的碎片足以擊穿航天器,造成致命破壞。

「從廣義上講,微生物等人類航天活動帶到太空中的其他污染物也可以算作太空垃圾。」寶音認為。

事實上,不僅是月球,凡是衛星、探測器能夠到達的地方,也將面臨同樣的風險。人們越來越重視地面垃圾的分類處理,那麼太空垃圾怎樣分類?又該怎麼處理?

此前曾有學者指出,水熊蟲是地球上最「難以毀滅」的物種,能在小行星撞擊等所有可能的天文災難中倖存下來。

地球上的微生物無處不在,航天器在生產和測試過程中都可能沾染並最終帶上太空。為此,NASA在探測器組裝前會使用乾熱消毒法對各部件、分系統消毒,減少微生物數量。而在之後的裝配、測試環節將繼續實施嚴格的防控手段防止二次污染。比如在滿足標準的潔凈室或無菌裝配間中組裝並在生物屏蔽室中儲存等。

當然,行星保護的第一的目的是防止探測器從太空帶回「神秘」微生物給地球生態系統造成難以估量的後果;第二目的才是避免地球的微生物污染地外天體。

「除了減緩空間碎片產生,各國專家還針對性地提出了很多主動清理技術。」寶音介紹,比如通過機械臂抓捕、發射「漁網」網住、用「魚叉」叉住等方式將碎片移出有用軌道,送入大氣層或人類目前不會用到的軌道「墓地」;從地面發射激光、甚至向太空發射大型透鏡聚集能量燒毀太空碎片;還有人設想可從空間站發射機械人,拆除廢棄衛星、收集空間碎片,再飛回空間站將有用和無用的太空垃圾分開處理。

1964年,COSPAR出版了最早的行星保護政策草案,要求各國探測器應採用滅菌技術,降低地外天體探測活動中地球生物污染探測目標的可能性。1984年,COSPAR將探測任務分為5類,規定了不同任務的行星保護要求。之後,NASA、歐洲空間局(ESA)以及日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)等都建立了自己的行星保護機制,嚴格執行國際標準。其中,1975年NASA發射的「海盜號」(Viking)火星探測器,用於行星保護的經費甚至佔到探測器總研製經費的近25%。

在太空垃圾分類有心卻無力美國空間碎片專家凱斯勒的研究結果顯示,按照目前的增長速度估算,如不採取任何措施,僅僅數十年後,空間碎片數量將達到發生鏈式撞擊效應的臨界值,近地空間將充滿高速運行的各種碎片,人類將永久失去進入太空、利用太空的機會,太空移民將成為一個永遠無法完成的夢想。「因此,各國早就認識到了空間碎片的危害性,並且制定了一系列的太空準則,減緩碎片的產生速度。」寶音介紹。

但是,這些方法在實行時都要消耗燃料,難以清除數以萬計的空間碎片。2016年,寶音課題組提出了一種碎片清理髮動機概念,通過將捕獲的碎片研磨為帶電顆粒或者轉化為等離子體噴出,為航天器的提供軌道機動的動力,去捕獲下一個碎片,採用這種「以戰養戰」的方式使其不受燃料制約,大量清除空間碎片。該成果獲得《麻省理工科技評論》報道並被譽為一種顛覆性方案。

「不過,這些方法仍面臨一些技術上的難題,尚沒有進入工程實用階段。」寶音說。

雖然多位專家在接受媒體採訪時表示,月球上的這批水熊蟲樣本想要生長和繁殖基本不可能。但這仍給我們日益活躍的空間探測敲響了警鐘——來自地球的垃圾可能要先人一步在月球「建立基地」了。

例如,2007年聯合國和平利用外層空間委員會通過《空間碎片減緩準則》,提出了減少空間碎片產生、避免航天器分離解體,以及清除退役航天器等短期和長期措施。具體而言共有7條:從設計上限制航天器入軌後分離傳感器罩等裝置;避免航天器在運行階段出現分裂解體事故;合理規劃航天任務,採取規避等措施避免發射碰撞;避免在軌航天器故意自毀、有意分離解體等有害活動;減少航天器剩餘能源,降低分離解體可能性;航天器應在任務結束后安全、受控離軌;特別限制航天器任務結束后對地球同步軌道的干擾。

而在2015年,美國國家航空航天局(NASA)發現國際空間站中廣泛存在葡萄球菌、泛球菌、芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等微生物。航天員長期在太空生活免疫力下降,多次出現呼吸道、皮膚、結膜等感染情況,而且病菌在空間環境中易發生突變,致病性、傳染性可能上升。此外,微生物過多將在航天器電路板、儀錶盤和宇航服上形成生物膜,腐蝕相關材料,嚴重威脅在軌運行安全,縮短航天器服役時間。

針對近年來微小衛星產業發展迅猛的情況,曾有業內專家建議,微小衛星最好攜帶推進模塊,以便在其服役壽命結束之時操控離軌。寶音對此表示認同,建議應盡量減少沒有推進設備的微小衛星發射。

記者了解到,無論是空間碎片還是微生物,都可能給人類探索太空帶來不小的麻煩。據報道,目前人類可以監測到的太空範圍內直徑超過10厘米的碎片已經近兩萬個。作為人造航天器的典型代表,國際空間站自建成以來就一直在防範被碎片擊中。僅在2014年3月至4月間,其至少進行了兩次變軌規避碎片,以圖「自保」。不過,防不勝防,2016年5月,國際空間站的舷窗仍然被撞出了一個直徑7毫米的坑。

近日,「地球微生物水熊蟲可能定居月球」的報道引發了人們的高度關注。據報道,4個月前,以色列首個登月探測器「創世紀」號登月失敗,撞向月球並在那片遙遠而廣袤的土地留下了原本用於實驗的水熊蟲樣本。

「最強生物」敲響警鐘 在太空中也需要垃圾分類

保護宇宙就是保護地球相比空間碎片,科學家們對地球生物污染太空的關注要早得多。1957年蘇聯發射第一顆人造衛星后,1958年國際科學聯合會理事會(ICSU)就發起成立了宇宙探測污染委員會(CETEX)和空間研究委員會(COSPAR)。CETEX提出需要保護地外生命體,COSPAR則下設「行星保護」分委會,研究怎樣在開展深空探測時,避免地球和地外天體間出現交叉生物污染。1959年,聯合國和平利用外層空間委員會(COPUOS)成立,之後推出《外層空間條約》,規定「對月球及其它天體的探索,應以避免其受到地球生物污染為前提」。

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