北京時間10月23日17點50分,德國倫琴衛(wèi)星(ROSAT)墜入大氣層。監(jiān)測報告顯示,墜落軌跡最后在印度洋北部的孟加拉灣上空結束,尚無目擊報告。
倫琴衛(wèi)星是一顆天文觀測衛(wèi)星,它于1990年6月發(fā)射,工作在軟X射線和極紫外波段,主要任務是利用攜帶的成像望遠鏡進行全天X射線巡測。德國物理學家倫琴是X射線的發(fā)現(xiàn)者,故這顆衛(wèi)星以他的名字命名以示紀念。
按計劃,倫琴衛(wèi)星的工作壽命只有18個月,實際工作時間長達8年,于1999年2月關機。倫琴衛(wèi)星為X射線天文學做出了很多貢獻,其中包括:發(fā)現(xiàn)了超過15萬個天體目標,仔細研究了超新星遺跡和星系團的形態(tài),探測到了彌漫分子云的X射線輻射,并發(fā)現(xiàn)彗星也有X射線輻射。X射線天文學讓人們認識到,我們的宇宙并不是“平靜”的,而是充滿了高能輻射和劇烈的天體活動。
倫琴衛(wèi)星的重量高達2.4噸,正常工作時軌道高度是565~585公里。1998年由于它的導星系統(tǒng)失效,并且X射線感應器直接指向了太陽而導致永久損壞;1999年2月正式宣告報廢。因其自身未攜帶推進系統(tǒng),從此倫琴衛(wèi)星就處于失控狀態(tài)。由于高層稀薄大氣的拖拽作用,衛(wèi)星的高度不斷減低,這就決定了它最終只能墜落。到2011年6月,倫琴衛(wèi)星的軌道高度只剩下327公里。德國航空航天中心估計它將以每小時2萬8千公里的速度進入大氣層,并碎裂為30塊。
就在一個月前,9月24日,失去控制的美國NASA高層大氣研究衛(wèi)星(UARS)也墜落進大氣層。UARS直徑10米,像一輛公共汽車,重量達到6.5噸,據估計衛(wèi)星殘骸可能會達到26塊,總重量約為500公斤。這顆衛(wèi)星的軌道和倫琴衛(wèi)星類似,可能的墜落范圍更廣。幸好,最終監(jiān)測結果顯示,其殘骸墜落在靠近北美大陸的太平洋上,才讓人們虛驚一場。
其實,類似事件自從人類進入太空就不斷發(fā)生,以下是歷史上幾個更加龐大的“天外不速之客”:
1. 1979年,天空實驗室,85噸,失控墜落。1973年,美國宇航局的天空實驗室發(fā)射升空,這是第一個可載人的空間站,曾有三組載人航天任務拜訪過它。天空實驗室的軌道高度是434~442公里。它原計劃在軌工作10年,但由于這一時期的太陽活動比預想的活躍得多,地球大氣受熱膨脹,影響了天空實驗室的軌道,導致它提前墜落。1979年7月11日,天空實驗室墜入大氣層,在印度洋和澳洲西部上空形成可見的火鏈,有些大塊的殘骸墜落在澳大利亞西海岸的佩斯市,幸好無人受傷。
2. 2003年,哥倫比亞號航天飛機,100噸,降落時失事爆炸。2003年,美國宇航局哥倫比亞號航天飛機在執(zhí)行完任務返回地面時,由于出現(xiàn)故障導致失控,于2月1日在德克薩斯州東北部上空爆炸。航天飛機上乘載的7名宇航員全部遇難,這架重100噸的航天飛機被毀。之后的調查顯示擋熱板損壞導致航天飛機左翼邊緣出現(xiàn)故障,進入大氣層時超熾熱等離子流滲入導致爆炸。這也是美國宇航局第二架在執(zhí)行任務中爆炸的航天飛機。
太空垃圾與日俱增
人們把這些仍停留在軌道上圍繞地球運行的、不再處于可使用狀態(tài)的任何人造物體,都稱為太空垃圾。這些物體主要是被廢棄的衛(wèi)星、空間站、其他任何航天器或者它們的碎片,它們小到固體火箭燃燒剩余的殘渣,大到發(fā)射后被遺棄的多級火箭。對那些正在使用的衛(wèi)星來說,太空垃圾意味著麻煩。
大多數(shù)人造衛(wèi)星是在高度2000公里以下的近地軌道上運行,環(huán)繞地球一周大約需要90分鐘,運行速度大約是每小時2萬8千公里(每秒7~8公里)。與地球靜止同步軌道(編注:高度35860公里)相比,把衛(wèi)星放到近地軌道所需能量較少,而且衛(wèi)星與地面通信所需要的功率也小,所以包括國際空間站在內的大部分通訊、遙感衛(wèi)星都采用近地軌道。
據統(tǒng)計,近地軌道上正在使用中的航天器多達近千個。未來10年,還會有上千顆衛(wèi)星被發(fā)射上去。
自1958年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星以來,全世界各國一共執(zhí)行過超過4000次以上的發(fā)射任務,這些航天器多數(shù)已經報廢甚至解體,再加上火箭殘骸等,地球上空已經是“垃圾遍地”。這些衛(wèi)星或垃圾的軌道并不完全一致,其相對速度可以高達每小時數(shù)萬公里,一旦相撞,后果不堪設想。
其實早在航天時代到來之前,科學家已經預見了航天活動可能遭遇的撞擊的問題,比如來自外太空的彗星或塵埃。1978年,美國科學家凱斯勒(Donald Kessler)指出,到2000年,人造太空垃圾的危險將超過外太空塵埃,并可能在低地軌道形成“垃圾帶”,這一現(xiàn)象后來被稱為“凱斯勒綜合癥”。
1991年,凱斯勒又發(fā)現(xiàn),1公斤的太空垃圾就能撞毀一艘1000公斤的航天器,并可能產生更多具有毀滅能力的垃圾碎片。如果軌道上的航天器數(shù)量超過某個臨界值,這種撞擊就將產生災難性的“鏈式反應”或者“雪崩效應”。
面對這樣的警告和警示,各主要航天機構都成立了監(jiān)測太空垃圾的部門,比如美國宇航局設立的太空垃圾研究的領導部門“軌道碎片項目辦公室”。
為了盡量減小航天器與太空垃圾相撞的危險,美國的太空監(jiān)視網將地球軌道上所有大約10厘米的碎片都記錄在案并隨時跟蹤。統(tǒng)計數(shù)據顯示,1990年代,長久地留在軌道上有記錄可查的太空垃圾已經有8500件。2005年,這一紀錄達到了13000件。2006年,由于反衛(wèi)星試驗的增加,太空垃圾猛增到19000件。今年美國宇航局公布的數(shù)據則達到22000件。尺寸更小的碎片無法直接跟蹤,估計數(shù)量更多,介于1~10厘米可能有50萬個,小于1厘米的,估計有幾千萬個。這些太空垃圾的總重量可能超過4500噸。
2009年初,凱斯勒曾在一篇文章中直言不諱地指出:“沒有足夠安全措施的侵略性的太空活動會使航天器之間的碰撞更加頻繁,并對未來的航天活動形成無法承受的威脅。歷史上在軌道上構建大型衛(wèi)星群、建設太陽能電站的想法,以及過去30年蘇聯(lián)、美國和中國進行的反衛(wèi)星武器試驗等活動,可能已經達到了臨界條件。在將來某個時候,一顆衛(wèi)星失事可能會在短時間內影響許多衛(wèi)星。”
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