激光大炮轟擊太空垃圾,到底管用不管用?

太空垃圾,早已成為航天界的頭疼事兒,而且是人類接下來必須要啃下的硬骨頭。

根據美國新聞周刊、BGR、Engadget等多家媒體的最新消息:來自中國空軍工程大學的一組研究人員,在最新一期Optik雜誌(國際光學電子學領域核心期刊)上發表論文聲稱,他們構想出一種方法,通過威力強大的天基激光站,來清除太空垃圾

所謂天基激光站,就是在太空中建立一個高功率脈衝式激光發射站,定點清除太空垃圾。

研究人員建立了一套天基激光站的數字模擬模型,以此推演激光站清除小尺寸太空垃圾的效果。

根據模型運算結果表明,這種方法可以有助於人類清除地球軌道上的太空垃圾。為今後利用天基激光站提供了一個理論基礎。

當然,這種方法並非原創,此前也有美日德專家提出過類似設想——利用脈衝式激光槍、激光束轟擊太空垃圾。

  • 問題來了,這種看似粉碎機的方法真的管用嗎?會不會是大垃圾變成了小垃圾?

理論上來說,物質不可能被真正消滅掉,太空垃圾也同樣。

利用高功率脈衝式激光摧毀小尺寸的太空垃圾,就是粉碎化的過程。但必須小到不可能威脅各種衛星、航天器的程度。

要知道一塊直徑10厘米大小的太空垃圾,就可以徹底摧毀一個航天器。

命運多舛的挑戰者號太空梭,曾在1983年遭遇過一個直徑僅為0.2毫米的塗料碎屑撞擊,就導致舷窗玻璃破損,停飛了好一陣子。

很難想像是吧,這麼小的垃圾竟然會造成如此嚴重的後果。

正因為如此,第二年即1984年,挑戰者號專程背上一個測試圓桶,有一輛公共汽車那麼大,送到近地軌道,就是為了專門挨太空垃圾的打,整整測試了6年,結果發現——

一共遭受上百萬次撞擊,肉眼看得見的撞擊點就有32000個,平均每天遭受15次比較大的撞擊。

難怪幾乎所有的航天器(衛星、飛船、探測器、太空站),除了太陽能電池板外,都包裹得嚴嚴實實,就怕各種防不勝防的太空垃圾。

發現者太空梭機翼上的撞擊點

  • 那麼,到底多小的太空垃圾才不會威脅到航天器呢?

目前還沒有一個權威性說法,一般認為只有微米級尺度,才不會對航天器造成損壞。

而中國空軍工程大學研究人員發表的這篇論文,只是一個理論模型,並不能給出實驗數據——激光轟擊清理之後碎片化垃圾的具體尺寸。

  • 目前為止,圍繞地球的太空垃圾到底有多少?問題有多嚴重?

自從1957年蘇聯發射第一顆人造衛星,人類從此跨入太空時代以來,整整60年間,全球總計航天發射4000多次,一共發射6000多顆衛星,除了少數已經墜入大氣層外,還有4300多顆留在太空中,其中約有1500顆在軌使用,這就是說約有2/3都屬於太空垃圾。

更嚴重的是,除了這些殭屍衛星外,還有海量的火箭殘骸、航天廢物、小天體碎塊等等都屬於太空垃圾,甚至是太空垃圾撞太空垃圾造成的更多垃圾。

截止目前,根據美國太空監視網給出的數據:

  • 10厘米以上的太空飛行物——大約18000個,其中包括1500顆在軌使用衛星,其餘絕大部分都是太空垃圾。
  • 1~10厘米大小的太空垃圾——大約有75萬個,其中只有2.2萬個可追蹤。
  • 小於1毫米的太空垃圾碎片——1.5億個,無法追蹤。

要知道,這只是截止目前的數據,隨著太空產業的迅猛發展,今後每年衛星上天的數量至少遞增4.4%,而太空垃圾總量將會增加幾十倍甚至上百倍。

一旦發生《地心引力》那種災難,太空垃圾就是呈指數級增長。

儘管太空垃圾絕大部分最終都要墜入大氣層,但這一過程少則十幾年,多則上千年,這期間一直都在威脅著價值不菲的現役航天器。

所以呢,清除這些越攢越多的太空垃圾,是人類未來必須要徹底解決的重要問題。

  • 現在有沒有非常棒的清除方案?

除了最新中國航天專家提出的激光轟天大炮方案外,目前還有幾種比較主流的清理方案:

歐洲空間局提出過一種「漁網」方案,就是在近地軌道上設置一種特質漁網,捕獲太空垃圾,然後打包墜入大氣層燒毀——

這個想法太腦洞,以至於根本不知道如何製造這種恢恢的天網!

美國洛克希德·馬丁公司提出了一種「吸引力法則」,利用磁鐵吸力捕獲廢棄衛星,再打包墜入大氣層焚燒——

問題是,太空垃圾飛行速度一般都在每秒3~7公里,無論是相對而行依靠磁力捕獲,還是同向追蹤依靠磁力捕獲,都得想辦法消除掉太空垃圾的巨大動能,想想搞定這個都???很科幻。

英國Hempsell航天公司提出一種「墓地軌道」設想,利用獵手飛船捕獲太空垃圾,送到36000公里外的地球靜止軌道,劃定一個墓地軌道,專門堆放太空垃圾——

這是典型一個費力不討好的路子,費用高昂不說,這種搬運工思維,非但沒有徹底解決,而且後患無窮。

說實話,眼下還沒有一種:技術上可行、成本上可控、效果上可以的解決方案。

以至於很多人悲觀認為,這個高難問題只能留給後代,推給2209年以後的科學家吧。


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