金聲,北京市科普大使,中國科普作家協(xié)會會員,航天科普教師,錢學森青少年航天科學院專家,全國科普先進工作者,全國教育系統(tǒng)勞動模范,全國青少年科技教育終身成就獎獲得者。
人類已經走過了45萬年的漫長歲月,然而留給人類的兩大謎團始終未能破解。你想知道嗎?請你和我一起走進科學家講壇,共同去探秘。
簡單地說,人不知道是從哪兒來的,也不知道今后到什么地方去。其一:關于“人類如何演化而來”這個謎從100多年前達爾文《進化論》的誕生起,人類就已開始破解這一謎團,雖然至今還沒有結論,但我深信隨著科學技術的進步和對《進化論》的進一步探究,這個謎是會有解的。其二:關于“人類當地球消亡后到哪兒去”也一直困擾著我們。我們都知道地球誕生至今已有約45億年的歷史,估計還有50億年左右的壽命,而且,人類活動又在加劇地球的衰老。諸如環(huán)境污染、資源過度開發(fā)、人口無節(jié)制增加、土地沙化、能源危機等。最終是人類在地球上已經難以生存,只能遷移。遷移到什么地方,我們至今不知道,但是遷移的方法已經找到了,那就是航天技術。大家一定會說,楊利偉上天都那樣難,世界上這么多人怎么搬這個家呢?你不要擔心,現(xiàn)在人類航天已經起步,我們相信再過幾個世紀,人類文明高度發(fā)達,科學技術極大提高,今后到太空就會像人們乘汽車一樣方便。
關注航天,就是關注人類的生存與發(fā)展,就是關注未來,讓我?guī)Т蠹业侥菑V袤的宇宙中去邀游吧,那里有關天穹的奧秘在等待著你的到來。
自1957年10月4日第一顆人造地球衛(wèi)星升空以來,人類已向地球軌道發(fā)射了一萬多個人造物體,包括衛(wèi)星、探測器、飛船、空間站等。這些空間飛行器使本來就有限的地球低軌道變得越來越擁擠。每年都會有因燃料耗盡或控制失效成為毫無價值的太空垃圾,再加上發(fā)射用火箭留在太空的部分殘骸,目前,地球低軌道上大約有4000萬塊大大小小的太空垃圾,而且還在不斷增加。
各航天大國都建立了太空垃圾監(jiān)測機構,實施對本國發(fā)射航天器運行軌道及周圍的太空垃圾進行監(jiān)測。航天器為防止太空垃圾的撞擊增加了防護層。航天員出艙活動的航天服同樣增加了保護層。當年阿姆斯特朗登月所穿的航天服是由25層材料制成的,其中最外面就設計了防撞擊層。因此,各航天大國都在研究如何有效控制和銷毀太空垃圾的簡單又廉價的方法,目前還沒有更好的方案出現(xiàn)。太空垃圾已經成為人類飛向太空的一大公害。
閱讀與思考
在地球軌道上,一切人類活動產生的沒有用的東西都屬于太空垃圾。這些東西包括丟棄的火箭殘骸、爆炸或損壞的衛(wèi)星、失去控制的各類航天器,以及衛(wèi)星的碎片等。目前,圍繞地球運行的物體中90%以上都是太空垃圾。太空垃圾具有和衛(wèi)星一樣的每秒數千米的運行速度,因此即使質量只有幾克,甚至不到1克的太空垃圾都會具有足以摧毀大多數航天器的能量,哪怕一小塊油漆撞上飛船,也可能會讓飛船癱瘓。我們學生用的尺子最小單位是毫米。1983年,一片只有五分之一毫米的漆塊在航天飛機的舷窗上砸出了一個4毫米的小坑(見左圖)。
太空垃圾運行軌道高度在500千米以下的至少需要1年的時間才能落入大氣層燒毀;軌道高度在600~1000千米的,可在太空停留約1000年;軌道高度超過1000千米,可能要在太空停留上萬年甚至上百萬年,我們要想等待他們自然墜毀幾乎是不可能的。
人們不是一直在講太空戰(zhàn)爭嗎?萬一太空戰(zhàn)爭真的爆發(fā),參戰(zhàn)雙方航天器的殘骸再加上現(xiàn)有的4000多萬塊的太空垃圾也將加入到戰(zhàn)爭行列。因此有人預測,軌道“制宙權”的戰(zhàn)爭打到最后將沒有勝利者。因為大量太空垃圾占據空間后交戰(zhàn)雙方都無法行動,隨時都有被太空垃圾擊中的危險,兩敗俱傷是戰(zhàn)爭的必然結果。
美國一枚飛馬座火箭升空時發(fā)生爆炸,共產生了約30萬個危害性碎片。除了體積大的太空垃圾,還有小的零件,如星箭分離用的爆炸螺栓、衛(wèi)星包帶、彈簧等。又如1965年美國航天員愛德華在太空行走中失掉了一只工作手套,不過還好,一個月后這只時速2800千米,人類有史以來殺傷力最大的手套墜入大氣層后燒毀。
“神舟六號”運行軌道附近有大約500個左右空間碎片,由于我國對低軌道的空間碎片具備了一定的監(jiān)控能力,保證了“神舟六號”發(fā)射與飛行的安全。
處理太空垃圾目前尚無較好的方法。雖然也曾嘗試用航天飛機等回收垃圾或把太空垃圾推入低軌道使其在大氣層內燒毀,這些方法在技術上均是可行的,然而成本顯然太貴。也許將來航天器像破冰船一樣裝配堅盔利甲,外帶太空垃圾收集器為自己在垃圾中開辟出一條生存的航線。減少太空垃圾對人類探索、開發(fā)太空是一項重要任務。人類的活動已使地球滿目瘡痍,我們必須重視人類生活空間的保護。
思考:太空垃圾為什么能對航天器造成威