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天宮一號墜毀 太空垃圾何去何從?

NASA圖片顯示,地球附近的大小太空垃圾,小至碎片,大至廢棄衛星。(NASA) NASA圖片顯示,地球附近的大小太空垃圾,小至碎片,大至廢棄衛星。(NASA)
「天宮一號」2011年9月29日於中國酒泉衛星發射中心,由長征二號火箭送上太空。(Getty Images) 「天宮一號」2011年9月29日於中國酒泉衛星發射中心,由長征二號火箭送上太空。(Getty Images)

前年3月與地面失去聯繫的中國「天宮一號」太空站日前墜回地球,未焚毀的部分碎片雖然可能稍微汙染環境,但好消息是,太空中少了一個龐大垃圾。

太空中布滿超過50萬件小如彈珠的廢棄物、2萬多個體積比棒球還大的碎片,例如太空人遺落的手套、相機和工具,以及更大型的太空垃圾,包括無法運作的人造衛星和太空梭,推送衛星進入軌道的末節火箭、各種屏罩等設備。

今年2月7日,「獵鷹重型」(Falcon Heavy)運載火箭在佛州卡納維爾角的甘迺迪太空中心發射升空;幾分鐘後,兩側推進器與中央火箭分離,返回地球,同時垂直降落在發射台上,而一輛紅色特斯拉(Tesla)雙座敞篷跑車與車上的假人駕駛,乘著火箭進入太空,翱翔星際。

美國太空科技公司「SpaceX」成功發射獵鷹重型火箭之舉獲得各界讚賞,因為它是繼「阿波羅土星5號」運載火箭以來,成功發射升空的最大型火箭。不過,執行長馬斯克(Elon Musk)將旗下特斯拉電動車送上太空卻招致非議;這輛電動車為太空科學喝采,亦是成功的行銷大作,卻成為具潛在危險的太空垃圾。

●總重量超過7600噸

隨著中國大陸及印度等更多國家加入太空探索行列,人類在地球軌道中製造的垃圾也急劇增加。太空科學家未來面臨的重大挑戰之一,將是確保太空科技產品如何在不斷擴張的「垃圾帶」(belt of rubbish)中安全穿梭。

美國太空總署(NASA)軌道碎片首席科學家、華裔的劉哲奇博士(Jer Chyi Liou,音譯)今年2月在聯合國一場會議中表示,去年全球各國共執行了86次發射任務,400多艘太空船進入太空,「目前地球軌道內或附近的太空垃圾總重量超過7600噸,其中2萬3000個大型物體由美國戰略指揮部的太空監測網(SSN),利用光學或雷達方法偵測並追蹤,另有SSN無法追蹤的數以千萬個次毫米微小碎片。」

不過,太空垃圾威脅太空科技設備的危險程度,並不與其尺寸成正比。這些小碎片以最快每小時3萬英里的高速飛行,猶如「血滴子」般威脅太空人或科技設備安全。多數太空船在距離地表180到270英里的「近地軌道」運行;科學家估計,在近地軌道以每秒4.2到4.8英里速率運行的太空垃圾若大於1公分,有機率射穿太空設備,而直徑超過10公分的碎片就能摧毀整艘太空船或損壞國際太空站。

●小碎片也會造成大危機

電影「地心引力」(Gravity)描述俄羅斯人造衛星被飛彈擊中,四散的殘骸撞擊其他人造衛星,引發連鎖反應並產生無數碎片;這類太空殘骸互相撞擊產生的連鎖反應被稱為凱斯勒現象(或稱效應)。NASA科學家凱斯勒(Donald Kessler)1987年提出此理論,他認為隨著軌道上的物體增加且相互碰撞,引發連鎖反應的機率也越高,最終可能「汙染」整個軌道,突顯清除太空垃圾的急迫性。

太空科技已成為人類日常生活的一部分,從遠端長途通訊到災難監控,損失任何一枚衛星都將產生嚴重的後果。專家已著手尋找方法,讓全球太空機構能在設備遭廢棄碎片撞上之前,提早清除具高危險性的垃圾。

2007年1月11日,中國大陸在西昌基地以反衛星系統發射中程彈道飛彈,摧毀1999年部署的老舊氣象衛星「風雲一號C」(Fengyun-1C)。2009年2月10日,美國商業衛星「銥星33號」(Iridium 33)與俄羅斯軍用衛星「宇宙-2251號」(Cosmos-2251)在西伯利亞北冰洋的泰梅爾半島上空相撞。兩起事件產生的碎片,在太空中造成長期的不良後果。時至去年,NASA利用無人太空船執行的21次防撞任務中,仍有6次是為了閃避前述3枚衛星損毀或碰撞而產生的碎片。

NASA去年12月把面積約1平方公尺、厚約20公分的「太空碎片感應器」裝在國際太空站的哥倫布實驗艙外面,這個感應器將在未來兩年內偵測撞上它的任何物體,提供相關撞擊資料,包括尺寸、密度、速度、軌道,並判定撞擊物屬於太空物體或人造垃圾。

科學家持續觀察為數眾多的太空垃圾,並計算太空殘骸與物體碰撞的機率。NASA並非唯一追蹤太空碎片的機構,俄羅斯太空總署的太空垃圾監測望遠鏡去年於巴西啟用;英國、美國及西班牙也有私人企業加入觀測太空垃圾的行列。

為避免碰撞發生,透過改變物體運行軌道「移開」太空垃圾是方法之一。不過,並非所有殘骸都能以避免碰撞的方式處理。英國索立太空中心4月將執行「清理殘骸」(REMOVEdebris)任務,模擬測試消滅太空垃圾的方法,其中又以英國空中巴士國防與太空部門研發的「魚叉」最受矚目。這根巨型魚叉隨「獵鷹九號」發射升空後,將透過壓縮空氣發射,刺進廢棄衛星等大型垃圾內部,再用繩索勾住太空垃圾,把它「拖」離軌道,墜入大氣層燒毀。除了利用魚叉來固定目標之外,科學家也會測試以「魚網」捕撈太空垃圾的方法。

「清理殘骸」任務若測試成功,將帶動未來更多的「清垃圾」任務。索立太空中心主任艾格列提(Guglielmo Aglietti)說:「我們將證明,能夠以相對低廉的技術清除太空垃圾,希望企業跟進並清除被列為高危險性的太空殘骸。」

●各國嘗試清理殘骸

2016年8月,歐洲太空總署(ESA)衛星「哨兵1A」(Sentinel 1A)的太陽能電池板曾遭一個釐米級的太空垃圾撞上,造成「哨兵1A」電力短缺而略為改變運行軌道及方向。ESA太空殘骸辦公室主任克格(Holger Krag)說:「我們非常重視太空碎片的問題,因為地處德國達姆斯塔的歐洲太空控制中心,操控著20枚衛星組成的編隊,其中有10枚在太空垃圾相當密集的區域飛行,我們經常必須採取防撞措施,但也只能盡力降低碰撞機率,無法完全消除碰撞風險。」

ESA將於明年底前提議「e.deorbit」任務,規畫2023年發射太空飛行器升空,利用壞掉的「歐洲環境衛星」(Envisat)進行實際測試,演練如何安全移除不再回應地面指令的廢棄衛星。「歐洲環境衛星」2002年發射升空,用以觀測並收集關於地球大氣、海洋、陸地及冰川等資訊,但這枚衛星2012年10月與地面控制中心失去聯繫。

克格說,「e.deorbit」任務的太空飛行器將配備一組感應元件,用以安全地接近廢棄衛星,因為「廢棄的衛星可能歪斜或旋轉,首先必須調整飛行器,使飛行器與衛星同步行進,再利用機械手臂和網子捕捉並引導衛星降落」。清除「歐洲環境衛星」將締造ESA里程碑,因為這將是ESA首次以真正的廢棄衛星而非模擬衛星,做為測試清除太空垃圾技術的目標。

獵鷹重型火箭2月6日搭載特斯拉紅跑車(美聯社示意圖)升空。(Getty Images) 獵鷹重型火箭2月6日搭載特斯拉紅跑車(美聯社示意圖)升空。(Getty Images)
國際太空站。(路透) 國際太空站。(路透)
天宮一號2013年與神舟九號成功完成對接。(新華社) 天宮一號2013年與神舟九號成功完成對接。(新華社)
「天宮一號」2011年9月29日於中國酒泉衛星發射中心,由長征二號火箭送上太空。(Getty Images) 「天宮一號」2011年9月29日於中國酒泉衛星發射中心,由長征二號火箭送上太空。(Getty Images)
獵鷹重型火箭2月6日搭載特斯拉紅跑車(美聯社示意圖)升空。(Getty Images) 獵鷹重型火箭2月6日搭載特斯拉紅跑車(美聯社示意圖)升空。(Getty Images)
NASA圖片顯示,地球附近的大小太空垃圾,小至碎片,大至廢棄衛星。(NASA) NASA圖片顯示,地球附近的大小太空垃圾,小至碎片,大至廢棄衛星。(NASA)
「神舟九號」2012年7月18日接近「天宮一號」,在太空進行自動交會對接任務。(Getty Images) 「神舟九號」2012年7月18日接近「天宮一號」,在太空進行自動交會對接任務。(Getty Images)



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