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如何解决太空碎片问题
 



  发表日期:2019年5月15日   出处:航天科普        【编辑录入:飞沙

327日,印度宣布成功进行首次反卫星试验。就在印度举国欢腾之际,美国国防部和宇航局先后批评印度反卫星试验制造大量太空碎片,称已检测到400块碎片,并对其中60块进行监视。美国高调批评盟友的做法,在过去很少见。

太空碎片问题被诟病已久。根据美国航天局约翰逊航天中心资料,目前,地球周围有近12.5亿块太空碎片,大小自1毫米至数十厘米不等。这些太空碎片每秒飞行速度7公里至8公里,甚至10公里至15公里,相当于子弹速度的10倍以上,对太空飞行器造成一定威胁。鲜有人知的是,大部分太空碎片来自冷战时期的美苏反卫星试验。

威胁太空安全

反卫星试验中,无论采取何种手段,目标卫星被摧毁后都会产生一定数量碎片,这些碎片绕地球运转,对空间飞行器构成一定威胁。至于多大碎片会产生影响,国际上没有统一标准,通常认为大小在1.5厘米至20厘米的碎片具备破坏力。其中,5厘米大小的碎片可使一颗卫星失效,10厘米大小的碎片可将一颗卫星摧毁,小于1.5厘米的微小碎片威胁不大,可以忽略不计。

美国空间监视网是唯一公开宣布对太空碎片进行监测、跟踪和编号的机构,拥有十几台大型雷达,例如“赫斯台克”雷达及其辅助雷达,号称世界上分辨率最高的成像雷达,可以分辨5毫米碎片,该机构的检测结果和报告在国际上具有一定权威性。一般情况下,美国空间监视网仅对1.5厘米以上有害碎片进行跟踪和编号。据此推算,印度此次反卫星试验共产生的400块碎片中,大于1.5厘米的碎片共60块。

初步解决办法

根据美国空间监视网的报告,2013年运行在地球轨道上的空间目标,包括正常运行卫星、飞船、空间站、失效卫星、运载火箭残骸以及太空碎片共计2.3万块。其中1.5厘米以上的太空碎片约占57%,即1.4万余块。各国专家学者普遍认为,这1.4万余块碎片主要来自美苏冷战时期的反卫星试验。

冷战后期美国初步解决卫星碎片问题。方法之一是采用新型反卫星导弹,当导弹与卫星“相遇”时,展开一张巨大的聚酯板拍打卫星,使卫星内部仪器失灵,卫星仍保持完整外形,不产生碎片。二是在卫星上安装机械手“擒拿”目标卫星。不过这一方法的作用距离太短,实战意义不大。

苏联的早期反卫星试验也产生大量碎片,据美国杂志报道,从1968年至1982年,苏联共进行20次反卫星试验,产生碎片736块。此后通过改进反卫星技术,逐渐减少产生的碎片数量。

印度科学家称,此次印度进行反卫星试验的空间高度仅300千米,产生的太空碎片将在45天内坠落。这一说法有一定道理,因为300千米位于临近空间,含有极稀薄空气,对碎片有微小阻力,碎片高度将随着时间逐渐下降,直至坠入大气层被烧毁。

“终极”解决之道

无论是直接碰撞,还是用聚酯板拍打,仅仅是初步解决碎片问题,隐患仍在。激光和微波杀伤卫星技术,无需碰撞就可使卫星失效,一劳永逸地解决碎片问题,但要把激光武器放在飞机或卫星上很难,原因在于功率大的激光武器重量也大,飞机和卫星无法承受,重量轻的激光武器功率小,达不到杀伤要求。美国空军曾研制出机载激光武器,并以波音747飞机作平台,进行多次试验,但最终于2011年下马,原因是激光武器功率不足以摧毁对方导弹。

衡量激光武器的主要性能指标是重量/能量,投入实战的机载激光武器这一比值至少要达到5千克/千瓦,即输出功率为100千瓦激光时,激光设备的总重量不得超过半吨。然而目前的技术只能实现50千克/千瓦,距离实战要求还很远。

自特朗普上台以来,美国特别重视激光技术发展。2018年美国导弹防御局局长公开表态,加大对高功率激光武器投资,并预言近年内激光技术将有重大突破,届时武器和战略、战术概念或将有重大改变,我们将拭目以待。


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