专家拟用中等功率激光器 推挤太空垃圾

环绕在地球轨道的日益增长太空垃圾层已严重影响太空飞行,同时,伴随着较大碎片碰撞使得该情况更加恶化。目前,美国宇航局太空科学家制定了一项新型解决方案——使用中等功率激光器推挤太空垃圾偏离碰撞路线。


专家拟用中等功率激光器 推挤太空垃圾



美国宇航局太空科学家拟用中等功率激光器推挤太空垃圾偏离碰撞路线




当前美国军方已跟踪近地球轨道大约2万个太空垃圾,其中多数是太空飞船的丢弃组件或者来自太空轨道的碰撞残骸。每年地球大气层可自然地拖拉牵引部分太空垃圾坠落在地球表面,但在1978年,美国宇航局天文学家唐-卡斯勒(Don Kessler)预测了“末日假想”——随着碰撞引起太空残骸碎片的增多,太空垃圾数量的增长速度远超过坠落在地面上的数量。最终,地球将成为永久太空垃圾带,使得太空区域非常危险,难以进行太空飞行。这种假想称为“卡斯勒综合症”。


近地球轨道已出现一些令人慌恐的碰撞和“擦肩而过”的事件,其中包括2009年两颗通讯卫星发生碰撞,几个月之后此次碰撞产生的残骸差点儿碰撞到国际空间站。一些计算机模型显示,卡斯勒综合症现象可能已在一定的轨道高度“启动”。美国宇航局工程师克里昂-维特(Creon Levit)说:“目前太空垃圾已进入‘引爆点’,并且状态正逐渐恶化。”


这项研究报告现已提交至《太空研究进展》杂志,并发往预印本网站arXiv.org,研究小组领导人美国宇航局太空科学家詹姆斯-梅森(James Mason)提出了一个新颖的解决方案——并非牵引太空垃圾坠落在地球表面,而是确保它们停止碰撞。该项最新研究合著作者、美国宇航局太空科学家威廉-马歇尔(William Marshall)说:“如果我们阻止太空垃圾层叠式碰撞效应,自然牵引拖拉作用将使太空垃圾坠落在地面上,我们给予环境一个清洁自身的机会。”


维特称,简单地避免新太空碎片的形成对于轨道安全具有重大意义,由于拥有较大面积的太空垃圾将承受更大的牵引力,地球大气层首先会将最轻、最扁平的太空垃圾碎片坠落在地面上。当较大的残骸分解成小部分,这些太空垃圾将变得非常难以移动。最糟糕的是,这些碎小的太空垃圾是最危险的,尤其是那些小而密集,像球状结构的太空垃圾。他说:“如果一颗人造卫星与另一块太空垃圾以每秒8公里的速度碰撞,它将变得粉碎。”


在这项最新研究中,研究人员表示使用太空望远镜上装载的一个中等功率激光器来照射处于可能碰撞路线的轨道残骸碎片,激光器的每个光子将携带少量的动量。所有的光子总计合成的光束可在太空中推移物体。他们预测每天持续使用激光器照射太空垃圾1-2个小时,足以使整个太空垃圾出现位移,大约每天可移动太空垃圾198米(650英尺)。虽然这种方案无法将太空垃圾完全从太空轨道中移除,但初步模拟显示足以避免超过一半以上的太空残骸碰撞。


此前美国宇航局科学家曾暗示采用激光器射击太空垃圾,但之前的计划是依赖于军用激光器摧毁目标,或者蒸发其部分表面,形成较小的等离子羽状物。研究小组指出,像之前计划所提及的激光器成本非常高昂,更不必说使用军事级别的激光器射击太空垃圾。


目前,科学家所采用新型系统中的激光器曾用于汽车制造中焊接和切割等工业操作,它们在市场便于购买,价格大约为80万美元。据悉,其它激光器系统的成本大约在数百万-数千万美元。


太空安全专家布莱恩-维顿(Brian Weeden)是安全世界基金会的技术顾问,他虽未参与这项最新研究,但对该研究持有浓厚兴趣,他说:“这种新型激光器系统解决了技术问题,使它们的成本更加低廉,并很大程度地降低了灾难性事件的发生。”同时他强调称,然而我并不认为这是一个长久之计,它或许在某一时间段非常有效,但我并不认为它能完全阻止太空残骸移动,或停止新太空垃圾的生成。


卡斯勒指出,目前最新提出的新型激光器并不能完全使体积最大的太空垃圾改变方向,当前它仅能完全避免地球轨道内多数大量太空垃圾发生碰撞。



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