看《地心引力》想到的，現在的太空是垃圾成堆，處處危險么？時間長了以後怎麼辦？

01-29

《地心引力》，太空垃圾

其實現在就已經時間挺長、挺不容樂觀了。

根據監測太空垃圾最大的信息庫——美國的洲際導彈防禦系統雷達網公開的檢測數據，目前估計有1.7億個直徑小於1厘米的垃圾垃圾在繞地飛行，有67萬個為1-10厘米直徑大小，有2.9萬個要更大。

哪兒來的這麼多太空垃圾呢？

我們把繞地球飛行的無用處人造物體統一叫做太空垃圾。

（1）航天發射活動中拋棄的多餘負重

幾乎所有的航天活動都依賴航天發射，在發射中隨著燃料的消耗火箭會將多餘的負重逐漸拋棄，比如火箭第一級、助推器、載人火箭的逃逸塔和整流罩，它們都會落回地球。Space-X賴以成名的火箭回收絕技就是針對第一級。火箭的第二級、上面級等殘骸和未燒完的燃料都將進入軌道，在發射的短短10分鐘後就將變成太空垃圾。

唉，這真是同箭不同命啊。

（2）壽終正寢的衛星們

進入軌道的衛星們也有著自己的壽命，最長的通訊衛星也不過10-15年壽命，一旦壽命結束，就留在軌道成為太空垃圾，而且由於燃料使用完畢，會處於完全失控狀態。

（3）太空垃圾碰撞出的新太空垃圾

更恐怖的是，太空垃圾的產生是會逐漸加速的，它們彼此之間還會在軌道發生碰撞，可能比幾何級數增長更加誇張。

銥星33和Cosmos 2251在碰撞前和碰撞後四個月的垃圾碎片分布圖

2009年2月10日，銥星系統第33星和俄羅斯Cosmos 2251兩顆衛星發生了碰撞，在短短几個月之內，兩顆衛星碰撞產生的垃圾幾乎覆蓋了它們曾經所在的軌道，這些垃圾還有不斷碰撞的可能，情況非常不樂觀。

這讓我想起了古文《愚公移山》，「雖我之死，有子存焉；子又生孫，孫又生子；子又有子，子又有孫；子子孫孫無窮匱也」……可怕。

（4）可怕的導彈反衛星實驗

可怕的不只有太空垃圾的碰撞。同樣的道理，用導彈攻擊衛星也是產生太空垃圾的一個重要原因。由於導彈會有目的性的在一個位置爆破，產生的影響要遠遠超過衛星的碰撞。

目前只有蘇聯、美國和中國進行過導彈反衛星實驗，每次實驗都是太空垃圾研究專家們的一場噩夢。

當我們在擔心太空垃圾時，我們在擔心什麼？

多半是擔心發生下面這種事情吧……

絕大部分垃圾分布在低於500公里高的近地軌道上，它們的飛行速度普遍在7000米/秒以上，是狙擊步槍子彈速度的7倍左右。在這種強大動能面前，一個最小的碎片和一個較大的衛星造成的殺傷力都很大。絕不是上面這種效果……

值得慶幸的是，也恰恰因為最多的（80%）太空垃圾分布在靠近地面的軌道，這裡極其微弱的空氣阻力還會將它們緩慢拖入地球大氣燒毀。地球大氣是人類最後一道屏障，它燒掉了99%以上的星際塵埃、隕石和太空垃圾，保護了地球上億萬計生命的安全。

迄今為止，還從未發生過太空垃圾墜落地球直接傷人的事件。

然而，分布在更高軌道的太空垃圾基本就很難被銷毀了。

特別是對於處在地球上空35786公里高的地球靜止軌道，這裡聚集了人類幾乎所有的通訊衛星，它們也產生了很多衛星垃圾。由於這個高度實在太高，完全沒有空氣阻力的影響，這些太空垃圾一旦產生，恐怕千、萬年後都不會消失。

而這條軌道又是唯一的且最寶貴軌道，因為只有它同時滿足了在赤道上空（0度軌道傾角）和35786公里的軌道高度，以實現與地球自轉相同的24小時軌道周期，實現同步/相對靜止。

這是不可替代的稀缺軌道資源。因此全世界都在搶發這個軌道上的通訊衛星以佔住資源（國際原則是先發先佔），但這條軌道目前已經深受太空垃圾的影響。

圖國際空間站的Cupola觀景台和裂紋放大圖

太空垃圾可能產生的危害十分驚人。

2016年4月，一塊極小的太空垃圾碎片擊中了國際空間站上的Cupola對地觀景台玻璃，造成了一個直徑7毫米的裂紋。在國際空間站20年的運行時間裡，由太空垃圾造成的傷痕可謂時有發生，但這一次真是讓人捏了一把汗，因為誰也不知道真出事的話，結局會如何。

由於近地軌道充斥著太空垃圾，人類發射最多的近地軌道/低軌衛星也深受其害，雖然地面會每天更新信息，提醒有威脅的太空垃圾所處的位置，但為了規避它們，這些衛星也是苦不堪言。為了躲避，這些衛星不得不提前消耗寶貴的燃料，這直接影響了它們的壽命和科學數據。

筆者研究的Swarm衛星兩年內經歷了12次大的軌道機動，以防止兩顆衛星彼此以及和太空垃圾相撞

隨著商業航天的發展，目前Planet labs、Space-X、OneWeb都提出了在幾年內建立數千顆的商業衛星組網方案，這些衛星總數輕鬆可以超過人類過去60年來發射的衛星數量總和。

當然，這也會大大增加太空垃圾的數量，如果不加以控制而放任太空垃圾隨意增長，在可以想像的將來，地球將被太空垃圾所覆蓋，恐怕任何發射的航天任務都將面臨重大威脅。 難道我們就真的拿太空垃圾沒辦法了嗎？

目前有很多關於太空垃圾移除方式的研究。

（1）自然移除

太陽11年的活動周期是影響低軌太空垃圾的重要原因。當太陽活動很強時，它們更容易被空氣拖回地球銷毀，但這畢竟是自然條件，人類無法干涉。

（2）人為移除

人為方面，目前有專家提出了很多種方案。比如採用再一次航天發射的方式將一個乃至很多小型推進裝置安裝到廢棄的大型衛星上，將它們推回大氣銷毀；也有採用安裝太陽反射帆的方式，讓太陽風將它們逐漸吹離軌道甚至吹入大氣。

更為有效，而且也已經被驗證的方案就是直接捕獲太空垃圾。

圖 STS-51-A任務的宇航員Dale Gardner抓住了Westar 6衛星

1984年年初的太空梭STS-41-B任務中，因為火箭的上面級沒有正常工作，美國西聯匯款公司（Western Union）的Westar 6和另一顆印尼訂購衛星入軌失敗，成為太空垃圾。而在隨後11月的的STS-51-A任務中時，太空梭在返回地球之前，飛到這兩顆衛星附近，由宇航員使用載人機動系統飛到它們附近將它們抓住，最後裝入太空梭送回地球。

後來Westar 6在檢修後賣給香港亞洲衛星控股公司，成為大名鼎鼎的亞洲一號衛星，由長征三號火箭發射，這也是我國火箭第一次進行國際商業航天發射。這就是最典型的變廢為寶了。

當然，還有更簡單的方案，就是採用「撒網捕魚」的方式將衛星捕獲，但這種方式也是返回大氣銷毀，無法再次回收了。

不過，上述移除方法都只針對近地軌道的太空垃圾有效，而對高軌尤其是靜止軌道毫無辦法。因為高度實在太高，移除它們的造價和技術難度遠大於想像。但如果不移除，擠占寶貴的地球靜止軌道資源（僅有一條）是更無法接受的。

圖目前太空垃圾全球分布圖，紅色的就是地球靜止軌道上的正常工作衛星

（3）自我移除

目前，最好的解決方案是治本，換句話說，從一開始，就杜絕衛星成為太空垃圾的可能。在衛星和火箭設計時，就留有一定餘量，讓它們攜帶夠足夠的燃料，在衛星接近壽命重點時，採用最後的動力全力以赴脫離寶貴的地球靜止軌道滑入深空。這個方法也適用於近地軌道，在壽終正寢時進入「自殺」的再入軌道。

從理論上講，這種方案是性價比最高也最治本的方案，因此國際上一直在努力推動所有衛星在發射時留有動力的冗餘設計。因為只有這樣，這才是人類航天可持續發展的未來。

最後，為大家附上所有工作狀態衛星和太空垃圾監測的可視化網站www.stuffin.space。

作者：太空精釀 @太空精釀

監製：中國科學院計算機網路信息中心

出品：科普中國

時間長了就會形成漂亮的光環，就像這樣……

有個03年的動漫，叫《星空清理者》，講的就是太空掃垃圾的故事···

公元2050年

古里亞納星人入侵地球聯邦的火星殖民地

其電子戰技術領先人類幾個世紀

人類一觸即潰

百般無奈之下

人類退守地球

自爆八百萬衛星

形成了一個巨大的，由金屬碎片形成的，金屬碎片層

形成巨大的靜電屏蔽效應

地球遂安

有一部動畫叫《星空清理者》，推薦題主去看看，主要講的就是近未來人們開著一些機器在宇宙里清理垃圾，看完或許可以稍微解決一下題主的疑惑。

成為古巨圾

快點把細胞凋亡的基因做出來就好啦。

總覺得其實這就是人類發展命運的第一個大過濾器

看你覺得時間長了是多長？

這個時間如果是在你沒老死前。那確實就沒啥。也不會有人真的動手去管。兩個方面。一是花錢啊，某乎里也在有人問為啥不拿研究太空的錢多蓋幾百所希望小學。你拿漲退休工資的錢去清理太空垃圾？分分鐘帶著心臟病葯來靜坐。二是保密，美國掉下來的飛機、俄國沉底的潛艇你說拉回去賣廢鐵就可以拉走了？我家的衛星，就是渣渣里又有多少貴金屬、多少黑科技，垃圾也是我家的垃圾，我准你動我神聖不可侵犯的財產了嗎？

這個時間如果在你老死很久以後。那就沒啥了啊！首先是回收的能力，科技的發展是速度很快的。別管是騙經費還是真的憂慮地球，現在世界上不少人在研究這個問題。方法只會越來越多、越來越好、越來越超出你的想像。不要亂扔垃圾，不要讓科研工作者在上班的路上滑倒就是我們對清理太空垃圾能做的最大貢獻了啊！其次是資源。沉在海底100年的軍艦也沒有任何科技價值了，你要你拉走。但是飛在太空里100年的垃圾還是有很多貴金屬的啊！總有一天回收費用低於購買費用，大家坐下來商量下，分下配額！

太空垃圾確實是個問題，但是地心引力描述的幾個衛星炸了就把全地球軌道內的航天器搞玩完的拍法，明顯為了劇情反智了。地球直徑1萬公里地球軌道從幾十千米到幾萬公里。那麼大一個空間碎幾個航天器，對軌道空間的影響都沒你呼吸一次吸進的灰塵對人體的影響大。

實際上地球同步軌道的太空垃圾現階段基本不會對同軌道的衛星造成太大影響的，道理很簡單，在該軌道運行的所有衛星都是相對靜止的（包括垃圾們）。倒是太陽同步軌道比較麻煩，因為這些衛星都要在地球兩極上空交匯（投影的兩極）。

光聽垃圾的數量，的確很多，但是地球大氣層外的面積更大啊，如果你現在人站在大氣層外邊，四處觀望，一個小時內能看到一件垃圾就算不錯的了。

在靠近大氣層外的垃圾，還是會受到地球引力的影響，逐步靠近大氣層，等到了大氣層後，會與空氣劇烈摩擦，隨後燃燒氣化。

就算垃圾真的多到不得不清理了，憑現在的技術，處理起來也沒有多難。