太空垃圾：高懸的達摩克利斯劍
UARS墜入地球的模擬圖。
“宇宙-954”號的殘海
“哥倫比亞”號的殘海
在剛剛過去不久的9月，一顆與大巴大小相似的美國失控衛星墜落地球，引發人們擔憂；本月底，又將有一架廢棄的太空望遠鏡“ROSAT”號“重返”地球；2009年2月，俄羅斯已報廢的“宇宙-2251”號和美國的“銥33”衛星發生了史上首次衛星碰撞事件，之後產生了大量太空碎片。這些已廢棄的衛星和太空碎片都有一個共同的名字：太空垃圾。
近日，一則同樣來自美國的消息引發關注，該消息稱，目前繞著地球跑的太空垃圾已滿到“臨界點”，隨時會相撞，而一旦互撞又會制造更多碎片。體積較大的太空碎片墜入大氣層，如果不幸地落在人口密度較高的地區，很可能造成重大傷亡。對此，航空專家表示，雖然太空垃圾越來越多，但是地面上的人被太空碎片砸中是“高危險、低概率”的事，不需太過擔心，我國的航天器對太空垃圾采取了多種防範措施，也正在用先進技術和手段避免制造新的太空垃圾。
專題文字：彭玉磊
太空垃圾已滿到“臨界點”
美國的《時代》周刊在日前的一篇文章中說，如果你得知頭上飛著那麼多的太空垃圾，很可能會晚上睡不著覺。54年前，全球第一顆人造衛星、俄羅斯的Sputnik成功發射至太空之後，地球各國先後發射了許多航天飛行器。對於每個航天飛行器來說，都會留下各種各樣的垃圾：螺栓、升壓器、連接環、隔熱材料，甚至油漆碎片。
記者就此采訪了我國著名航天專家龐之浩。他介紹說，太空垃圾是圍繞地球軌道的無用人造物體，是在人類探索宇宙的過程中，被有意無意地遺棄在宇宙空間的各種殘骸和廢物，其主要有四種來源：一是航天器在使用壽命期間出現故障或者是“壽終正寢”之後繼續在軌道中運行，如前蘇聯“禮炮-7”號空間站解體後就形成了200多塊大碎片；二是火箭殘骸，如已完成任務的火箭箭體、衛星本體和火箭噴射物等，尤其是第三級火箭，如果是在軌道較高的地方星箭分離的話，就會成為太空垃圾；三是航天員出艙進行太空行走時不小心掉在了艙外的工具、螺母等物體；四是在過去，航天員直接扔到太空裡的生活垃圾。
龐之浩說，根據太空垃圾尺寸的大小，國際上把太空垃圾分為三類：尺寸大於10釐米的為大碎片，現被監測到大概有1.8萬個；尺寸介於1至10釐米之間的為小碎片，現大概有10萬個；尺寸不大於1釐米的為微小碎片， 現大概有幾千萬個。
《時代》周刊報道稱，在直徑大於10釐米的太空碎片中，大部分的直徑都遠不止10釐米，很多是尚算完整的飛行器。一些已經退役的衛星的體型相當於一輛中巴甚至大巴，重量也達到好幾噸，它們就像被遺棄的駁船一樣在太空中漂浮游蕩。龐之浩表示，從理論上說，在低軌道運行的太空垃圾最終都會墜入大氣層，而在高軌道(即3.6萬千米以上高空)運行的太空垃圾則會在未采取任何措施的情況下繞著地球飛幾千年。
就在上個月月底，美國國家航空航天局(NASA)的一顆6.5噸重的“高層大氣研究衛星”(UARS)失去控制墜落地球，共有26塊碎片墜落地球。雖然最終其安全地墜入了南太平洋，可是之前卻讓科學家和普通人都緊張不已。很快，本月底又將有一架太空望遠鏡“ROSAT”號“重返”地球，人們仍是難以測算出其精確的墜落地點。
高速太空垃圾危害大
據美國媒體介紹，如果所有的太空垃圾都是以同高度、同方向、同速度的狀態來運行的話，那麼它們就會處於相對靜止的狀態，互不干擾。但目前太空垃圾的狀態並非如此，而是有的快、有的慢、有的軌道離地面較遠、有的軌道離地面較近，當相近的兩個物體像開車一樣“變道”時，就如同高速公路上亂開亂撞一樣。例如，美國發射的飛行器大多都是傾斜28.5度角繞地球運行，如此美國本土才會處於飛行器的“勢力範圍”；出於同樣的原因，俄羅斯發射的飛行器則大多沿傾斜51.6度角的軌道運行，這樣，兩個軌道就出現了交彙的可能，2009年的美俄衛星碰撞事故就是證明。
太空垃圾的飛行速度很高，如果撞擊到航天器表面，輕者會留下凹坑，重者會穿透航天器造成部分系統功能失效，甚至會產生災難性的後果。一個僅10克重的太空碎片的太空撞擊能量，不亞於一輛以每小時100千米速度行駛的小汽車所產生的撞擊能量； 一顆迎面而來的直徑為0.5毫米的金屬微粒，足以戳穿艙外航天服。
龐之浩表示，小小的太空碎片會給航天器帶來巨大危險的原因主要在於它的速度。如果一個太空碎片與航天器是相向速度(即朝同一個方向運行)，而碎片又不大的話，問題就不是太大。如果是相迎速度即迎頭撞上的話，那就比較危險了，尤其是在宇航員出艙太空行走時，如果被相迎速度的碎片打在宇航服上，就會帶來很大問題。
被太空垃圾砸中可索賠
對於地球上的居民來說，太空小碎片甚至是大部分大碎片都是可以被置諸腦後的，因為就算它們朝地球表面衝過來，進入大氣層後也會被高溫熔解蒸發。但是如果掉下來的碎片體積太大，大氣層就無法“吃掉”整個碎片。另外，某些航天器的部件可能還是由耐熱材料制成，高溫也無法熔解，就像即將掉下來的“ROSAT”望遠鏡一樣，其包含有一些較重的耐熱鏡片和陶瓷部件，這就對地面造成了威脅。
被太空垃圾砸中
“小概率高危險”
美國“保衛世界基金會”的技術顧問布萊恩·威登表示，僅在去年一年，就有將近400塊直徑超過10釐米的太空碎片墜入大氣層，不過其中僅有十三四塊碎片是失去控制的。NASA的太空垃圾專家表示，每年平均都有一個“大塊頭”的太空碎片墜入大氣層，這些大碎片通常是廢棄的某一級火箭。
據英國宇航員伊恩·格裡芬博士介紹，由於大氣密度紛繁復雜等情況，因此科學家難以估算衛星碎片的具體墜毀地點。即便是作出了預測，這個數據在數分鐘後也會因為衛星的高速和環境變化而產生巨大偏差。
對於太空垃圾重返地球，龐之浩的意見是人們不需要太過恐懼，因為被太空垃圾砸中是個“高危險”但是“小概率”的事件。
根據NASA的估算，UARS衛星墜入海洋的概率是71%，擊中地球上某個人的概率為二千三百分之一，對於每個人來說，被擊中的可能性則低到二十一萬億分之一。而相比之下，一個人被閃電擊中的概率為二十八萬分之一。歐洲空間局負責追蹤太空垃圾的海納·科林拉德教授也表示：“在人類進軍太空的50多年來，地球上至今還沒有一個人因衛星碎片落入地球而受到傷害。”
不過，之前的墜毀雖然沒有傷人，但威脅仍然不可小覷，以後這樣的情況可能會越來越多。NASA科研人員稱，太空垃圾的臨界引爆點正在來臨。即使不再發射太空飛船，到2055年，由碰撞所產生的新碎片數量將超過落回地球和燃燒掉的碎片總數。
如果太空垃圾與正在使用的航天器產生了碰撞，或者太空垃圾之間的碰撞產生了不良影響，責任應當如何歸屬？對此，龐之浩表示，目前來說責任歸屬還沒有明確，“這是因為產生太空垃圾是不可控的，只要不是人為有意識的碰撞就屬於無責任。如果傷害到地面的人或物的話，情況就不一樣了，被傷害者可以根據相應的空間法讓你賠償”。
龐之浩介紹說，1978年，前蘇聯的核動力衛星“宇宙-954”號在加拿大領土墜毀，產生了核污染，被加方根據空間法索賠600萬加元，前蘇聯政府最終賠了300萬加元。1979年，美國的“太空實驗室計劃”(Skylab)空間站墜入印度洋和澳大利亞西部海域，過程中曾導致澳大利亞珀斯附近亞埃斯佩蘭鎮的樓房玻璃被砸碎，為此，美國像征性地賠償了該鎮400美元。
2009年2月10日，俄羅斯已報廢的“宇宙-2251”號和美國的“銥33”衛星在西伯利亞上空約805千米處發生碰撞，撞擊讓“銥33”衛星受損，大約一個月後墜入地球。對於這次衛星碰撞事件，美俄兩國最終不了了之，沒有明確責任歸屬。
導彈“掃垃圾”可不簡單
如何解決或者說緩和太空垃圾的問題？《時代》雜志稱，幾乎沒有什麼辦法。設計者在設計制造太空飛行器時應盡量避免用太多可分離的組件，但現在的飛行器實際上都由很多可拆解的部件構成。良好的追蹤技術可以提前預測廢棄衛星的墜入地點，只要衛星尚余些許燃料，地面就可以控制其墜入海洋，但事實上大多數廢棄衛星都不再有燃料。
龐之浩表示，目前太空垃圾清理問題已引起國際社會關注，國際航天安全促進協會呼吁有關國家共同參與制定太空交通規則。
龐之浩介紹說，使用反衛星導彈摧毀失效衛星同樣可能會導致太空碎片的產生。1985年9月13日，美國一架“F-15”戰機攜帶著反衛星導彈升空，首次成功地擊毀一顆在500千米高軌道上的失效衛星。2008年2月，美國故技重施，用“宙斯盾”導彈防御系統擊毀一顆失效的間諜衛星，當時美國方面宣稱這顆衛星攜帶有大量有毒燃料，且有墜入人口密集的大城市的威脅。龐之浩分析說，這是顆軍用衛星，美國在使用導彈摧毀其時也抱有不願泄密的考慮。
美國已經嘗試了兩次用導彈擊毀廢棄衛星，為何今年9月不在“高層大氣研究衛星”(UARS)墜入地球之前用同樣的方法將之摧毀呢？龐之浩表示，“高層大氣研究衛星”並非軍用衛星，不存在太多保密的考慮，而且使用導彈的費用也比較高昂。導彈打衛星也是存在風險的，打得好，衛星碎片往下掉入大氣層並被高溫燒毀就沒問題，如果打得不好、不准，就會在上層空間制造大量太空碎片。
我國航天器有哪些防範措施？
龐之浩向本報記者表示，我國目前對於防範太空垃圾和避免制造新的太空垃圾都有相應的技術和措施。對於體積較大的太空垃圾，我們會進行地面監控追蹤，及早預防，以“躲”為主；對於小的太空垃圾，我們的航天器有防護能力，以“抗”為主，可以吸收小碎片撞上來的能量或者將之反彈出去。
在避免制造新垃圾方面，會確保航天器到了壽命後期仍可以進行人工控制，讓其墜落在相對安全的區域，如南太平洋。對於運載火箭，如“長征四號”火箭，會進行“鈍化”處理(也稱“消能”)，實行“三放光”政策，即把儲箱裡的液體放光，把氣瓶裡的氣體放光，把電池的能量放光。這樣，箭體就鈍化了。除非與別的航天器相撞，火箭自身不會爆炸。另外，對於那些已經“壽終正寢”的衛星，則會將之轉到無用軌道上去，避免與其他航天器發生碰撞，同時讓出軌道資源。
龐之浩還介紹說，我國現在的出艙航天服也對太空碎片具有一定的防護能力，可以防輻射和對微小碎片進行防護。即便如此，宇航員在出艙前也需要對外部環境進行評估，選擇合適的時間出艙。
另外，如今按照規定，宇航員在太空中產生的生活垃圾不能再隨意扔在太空，必須要用貨運飛船運回地球處理。
從天而降的6個失控“大塊頭”
1.美國“高層大氣研究衛星”(UARS)
UARS重6.5噸，長10.7米，寬4.5米，造價7.5億美元。1991年9月，美國“發現”號航天飛機上的宇航員用機械臂將UARS送入軌道。衛星連續14年向地面發回了寶貴數據。今年9月23日，它失去控制墜落地球，大部分在進入大氣層時燒毀，經NASA確認，有26塊碎片最終在一處遠離大陸的南太平洋地區墜海，未造成人員和財產損失。
2.前蘇聯“宇宙-954”號衛星
重3.8噸的“宇宙-954”號於1977年9月發射升空，主要功能是監視美國核動力潛艇的去向。
“宇宙-954”號本身也是由核動力驅動，由於其內部的核反應堆出現問題，衛星於1978年1月24日墜入大氣層，當時引起了全球的關注。“宇宙-954”號最終墜落在加拿大東北部，其放射性的殘骸散布在加拿大的廣大區域。
3.美國“哥倫比亞”號航天飛機
2003年2月1日，“哥倫比亞”號航天飛機在即將返回地面前的十幾分鐘與地面控制中心失去聯系，在得克薩斯州東北部的高空中解體後墜毀。當時NASA在得克薩斯州和路易斯安那州劃出了一塊250多公裡長、60多公裡寬的禁飛區，以搜索航天飛機的殘海
4.前蘇聯“禮炮-7”號空間
1982年4月19日，“禮炮-7”號發射升空，在太空呆了9年。“禮炮-7”號16米長，4.15米寬，重量為22噸。1991年2月7日，22噸的非載人飛船“宇宙-1686”號成功與“禮炮-7”號對接。前蘇聯工程師試圖控制這兩個連在一塊的人造天體墜入大西洋，但卻失敗了，它們最終墜落在阿根廷，當地居民目睹了發光的碎片劃過天際的景像，所幸無人受傷。
5.美國“飛馬座2”號衛星
1965年，NASA發射重11.6噸的“飛馬座2”號衛星，目的是觀測在地球低軌道運行的眾多微小流星。“飛馬座2”號辛勤工作了3年後退役，11年後，它的運行軌道越來越低，最後在失控的狀態下於1979年11月3日墜入大西洋中部。
6.美國“太空實驗室計劃”(Skylab)空間站
1973年由NASA發射升空，這是一個85噸重的空間站。1979年7月12日，Skylab提前“壽終正寢”，在南印度洋上空墜入大氣層。當時，NASA已經無法控制整個Skylab的下墜。Skylab的殘骸遍布澳大利亞西部方圓280英裡的地區和海域。