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【科技眼】太空垃圾清理大作战(下)

时间:2022-05-10 15:27:29来源:学苑创造杂志


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上一期我们说到人类在太空里留下了许多垃圾,那么这些垃圾会产生什么危害呢?聪明的科学家们想出了哪些办法呢?


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太空垃圾的杀伤力
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太空垃圾除受到来自地球的万有引力以外,还受到来自太阳、月球、地球大气层等的多种力的作用。在这些力的共同作用下,某些碎片的轨道会缓慢发生改变,具体地说就是高度越来越低,最后碎片会落到地面上

我们应该庆幸,地球外面包裹了一个叫大气层的东西,很多碎片在陨落过程中会在大气层里烧毁,但也有个头超大烧不干净的,最后落到地面上。它们会造成什么危害呢?




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01
有毒
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大部分火箭或航天器的燃料都含有剧毒,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。

1978年1月24日,苏联雷达卫星发生故障,在加拿大上空解体,卫星上30千克的浓缩铀和反应堆陨落,放射性碎片洒落在80万米长的地面带上,造成了严重污染,清除的费用高达1400万美元。


02
直接砸人
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太空垃圾砸人事故确实发生过一起(到目前为止也是唯一的一起)。

1997年春天的一个晚上,一位叫洛蒂· 威廉姆斯的美国女士在遛弯时肩膀被一个东西撞了一下。事后确认,那是一块火箭残骸形成的碎片。她成了第一个也是唯一一个被太空垃圾砸到的地球人。

自人类历史进入航天时代以来,太空垃圾造成的事故不在少数。1991年12月,俄罗斯已废弃的人造卫星“宇宙 1934”与飞船“宇宙926”释放出的一大块物体相 撞,旋即发生爆炸;2013年 3月,俄罗斯卫星与一小块中国卫星被击毁后产生的碎片相撞,再次在太空中发生爆炸……


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太空垃圾处理办法
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如今,各国科学家只能借由操纵航天器改变轨道,采取躲的方式来避免与碎片相撞。但随着太空垃圾的问题愈发严峻,再不及时清理,必将后患无穷。

因此,全世界的航天界人士都在研制各种方法来清除回收太空垃圾,比如用高强度纤维编织的空垃圾网拦截碎片,或是将太空垃圾送到更高的空间轨道等。

其中比较有意思的,是那些从动物身上获得的点子

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2017年8月,美国斯坦福大学的科学家就受壁虎 启发,研制出一种能抓住太空漂浮物体的机械抓手。这项成果发表在美国《科学·机器人学》杂志上,并受 到了广泛的关注。 

现实中,我们经常看到壁虎能在墙壁、天花板等 光滑的平面上迅速爬行,这一技能得益于它脚上布满了细微的皮瓣和毛发等。这些构造使壁虎在跟任何表面完全接触时,都能产生非常大的吸附力,使自身黏附其上。

利用类似的原理,研究者研发出一种仿壁虎材料,并将两块材料组合成一个抓手。在实验室、零重力环境下的测试显示,这种“壁虎抓手”不仅能抓取并操作重达370千克的大物体,也能抓取并操作不到300克的小物

这意味着,它能抓取不同形状、大小以及材料的太空垃圾。但为了保险起见,它仍在进行改进,并将运往国际空间站做进一步测试。




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仿壁虎抓手的机械转手


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除了壁虎,科学家也参考了鸟类的飞翔特性:他们想到给太空垃圾插上“翅膀”,让它们自己飞回地球。2010 年3月,英国科学家就设计了一种“立方帆”,来对付体积较大的太空垃圾。

在立方帆的内部,安装有一张折叠起来的聚合膜。当它被发射到太空中后,这张膜就会张开,面积可达25平方米。当立方帆附近出现太空垃圾时,地面人员就会发出指令,小型动力装置就会开启,靠近垃圾碎片进行“对接”工作,使立方帆自身与碎片结合为一体。之后,立方帆会利用地球高空的稀薄空气,带着报废的卫星等垃圾“飞”离原轨道。 

虽说地球高空轨道上的空气分子密度极低,但却足以让立方帆缓缓减速,降低轨道,这样就能使太空垃圾在较短时间内坠入大气层,自动烧毁。

值得一提的是,一张立方帆的投资大约100万欧元左右。一旦研发成功,它可以说是处理太空垃圾的方法中性价比最高的,能较大幅度降低太空垃圾处理的成本。




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立方帆


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此外,还有科学家提出向太空中发射3000米宽的“渔网”, 企图将太空垃圾撞离轨道。甚至有人提出这样有趣的想法:将气球送上太空,制造出一阵狂风将碎片猛吹向大气层

除了清理垃圾碎片,航天界还应从源头上控制垃圾。随着太空飞行器的增多,地球同步卫星轨道位置的分配问题也越发受到关注。因此,协同各国对轨道位置进行合理、有效地分配就显得格外重要。它需要各国协同合作,按需求和可能优化空间轨道的安排。

在对待太空垃圾的问题上,我国承担起了一个大国的责任。2000年,我国就启动了“空间碎片行动计划”,对太空垃圾进行监控和主动处理。值得一提的是,我国在清理太空垃圾领域算是独领风骚:2016年,我国发射的“遨龙一号”装载了一台机械臂,它能准确地抓住速度超快的垃圾碎片。这是世界上第一个主动的轨道碎片离轨清除试验项目

太空垃圾涉及的问题很复杂,丝毫不亚于地球上大气与水体污染问题。光是不断完善环境法以及道德约束还不够,人类得将环境保护意识拓宽到全宇宙,世界才能重新变得安全且洁净。



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“遨龙一号”所使用的机械臂



本文选自《学苑创造》C版2021年1-2月刊

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