| cyqdesign |
2011-03-18 11:22 |
美国科学家们设想用激光清理太空垃圾
地球附近轨道上遍布太空垃圾，并且情况只会越来越坏，因为一些大块的碎屑之间会偶尔发生碰撞，并碎裂成更多更小的碎片，从而严重威胁卫星和人类太空活动的安全。针对这一问题，美国宇航局的科学家们想出了一个解决方案，那就是使用激光去推动这些碎片，使其偏离轨道，从而避免它们相互之间发生碰撞。 }5sJd>u5^
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美国军方目前正监视着低地球轨道上的大约2万个太空垃圾，其中大部分是废弃的卫星或它们之间相互撞击产生的碎屑。 s~Od (,K
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由于地球的外层大气的减速作用，每年都会有一部分太空碎片落入地球大气层烧毁。但在1978年，一位美国宇航局的天文学家唐·凯斯勒(Don Kessler)提出了一个让人沮丧的观点：随着太空撞击事件的增加，新生出大量碎片。迟早有一天地球大气销毁太空垃圾的速度将跟不上太空垃圾的增长速度。那样一来，地球外围空间就会出现一层永久性的“太空垃圾云”，从而使得太空环境变得非常危险，无法进行航天活动。现在，这种理论已经被称作“凯斯勒症候群”(Kessler Syndrome)。 r2
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事实上，在今天的低地球轨道上已经开始出现危险的“擦枪走火”事件。更有甚者，在2009年，两颗分属美俄的通讯卫星真的发生了相撞。那次相撞产生的碎片在数个月后差点撞上运行中的国际空间站。一些模型计算显示，在地球轨道的某些高度层面上，一种失控的凯斯勒症候群现象可能已经开始发生。 '}T6e1#JV
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“如果我们不采取一定的措施，这种情况将变得不可收拾。对于这一点大家基本都没有什么不同意见。”美国宇航局的工程师克莱恩·李维特(Creon Levit)说。“现在是关键时刻，情况只会变得越来越糟。” 3 QzHQ U
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在一份递交给《太空研究进展》杂志的论文中，一个由美国宇航局科学家詹姆斯·梅森(James Mason)领导的科研小组提出了一个新鲜的观点：与其等待这些碎片落入大气，还不如设法阻止撞击的发生。 ^q l+l~
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“如果你能阻止撞击的发生，那么这些碎片的数量就不会增加，这样一来，地球大气的自然清理能力就能逐渐清理掉这些讨厌的太空垃圾。”威廉姆·马歇尔(William Marshall)说。他是美国宇航局的一位太空科学家，也是这一论文的合著者。他说：“这将使环境有机会进行自我净化。” '1yy&QU Zq
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李维特表示：“只要能阻止或减缓新生碎片的形成，我们就能让事情发生大的改变。”由于空气阻力随着物体表面积的增大而增大，因此大气阻力最先清除的是轨道上那些最轻、体积较大的碎屑。而如果碎片在碰撞中变得越来越小，那么最后大气将很难对这些小型垃圾碎片进行清理。 y~pJ|E
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更糟的是，这些最后剩下的“顽固”碎片都是个头很小，但是密度较大的“坚硬”物体，而这对于人类的太空活动是最危险的。 @AU<'?k
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李维特说：“如果你在太空中和一颗废弃的卫星或其他碎屑相撞，假设你们两者的相对速度约为每秒5英里(8公里)，你将会被撞成碎片。” o`]u&
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而这次的最新研究中，科学家们提出，一旦确认某颗碎片可能将与其他碎屑发生撞击，则在望远镜引导下对其进行激光照射。激光中的光子会给碎屑施加一股力量，形成所谓的“光压”，无数的光子的推力结合在一起，可以逐渐减低碎屑的运行速度，下降幅度可达每秒0.04英寸(约合0.1厘米) ce\ F~8y
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每天对这样一个碎屑天体进行持续1~2小时的激光照射，将足以使其每天移动约650英尺(约198米)。尽管这可能还不足以将其直接推离轨道，但是初步模拟试验显示这至少可以避免50%以上的碎屑撞击事件。 &r
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事实上在此之前，美国宇航局的科学家们就曾提出过用激光器对付太空垃圾的想法。但当时的想法是使用军用级别的高功率激光器对碎屑进行直接摧毁，或部分加热碎屑表面，使其部分蒸发，形成一股反推力，从而使其改变轨道。但该科学小组表示，这一想法存在严重的缺陷：首先这种想法所需的超大功率激光器极其昂贵，费用是无法承受的，另外，这样做几乎肯定会引起其他航天强国的猜疑，他们会想：美国人究竟在干什么？他们的激光器瞄准的真的只是太空垃圾吗？ h_Ca c@F0
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而新想法中将要用到的激光器和工厂中用来焊接和切割汽车钢板的激光器没有什么两样。每台这样的激光器都可以在市场上买到，价格大约是80万美元。剩下的望远镜引导系统的价格在数百万到数千万美元之间，这取决于你准备新建一台专门的望远镜还是利用手边现成的设备，比如空军设在夏威夷毛伊岛的光学观测望远镜设备，或设在澳大利亚斯特姆洛山(Mt. Stromlo)的观测台。 )R`w{ V
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“这样做避免了复杂的技术问题，并且节约了大量开支，还可以大大降低其他国家对于此举的猜疑和顾虑。”布莱恩·维登(Brian Weeden)说。他是太空安全专家，同时也是“安全世界基金会”(Secure World Foundation)的技术顾问。他说：“这种想法当然非常有趣了。” C4~`3Mk
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但他同时也警告说：“我不认为这是长久的解决方法。这种做法只能给我们争取一定的时间，但我认为这不能用来代替最终清理这些垃圾，以及最终停止产生新垃圾的措施。” uk~4R@=&H
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而作为“凯斯勒症候群”之父，凯斯勒本人对此也深表赞同。他同时还指出，光靠激光的光压可能并不足以推动较大的太空垃圾。他说：“唯一的解决方法是防止地球轨道上再次发生大型物体的相撞事件。”
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