北京时间10月23日17点50分,德国伦琴卫星(ROSAT)坠入大气层。监测报告显示,坠落轨迹最后在印度洋北部的孟加拉湾上空结束,尚无目击报告。
伦琴卫星是一颗天文观测卫星,它于1990年6月发射,工作在软X射线和极紫外波段,主要任务是利用携带的成像望远镜进行全天X射线巡测。德国物理学家伦琴是X射线的发现者,故这颗卫星以他的名字命名以示纪念。
按计划,伦琴卫星的工作寿命只有18个月,实际工作时间长达8年,于1999年2月关机。伦琴卫星为X射线天文学做出了很多贡献,其中包括:发现了超过15万个天体目标,仔细研究了超新星遗迹和星系团的形态,探测到了弥漫分子云的X射线辐射,并发现彗星也有X射线辐射。X射线天文学让人们认识到,我们的宇宙并不是“平静”的,而是充满了高能辐射和剧烈的天体活动。
伦琴卫星的重量高达2.4吨,正常工作时轨道高度是565~585公里。1998年由于它的导星系统失效,并且X射线感应器直接指向了太阳而导致永久损坏;1999年2月正式宣告报废。因其自身未携带推进系统,从此伦琴卫星就处于失控状态。由于高层稀薄大气的拖拽作用,卫星的高度不断减低,这就决定了它最终只能坠落。到2011年6月,伦琴卫星的轨道高度只剩下327公里。德国航空航天中心估计它将以每小时2万8千公里的速度进入大气层,并碎裂为30块。
就在一个月前,9月24日,失去控制的美国NASA高层大气研究卫星(UARS)也坠落进大气层。UARS直径10米,像一辆公共汽车,重量达到6.5吨,据估计卫星残骸可能会达到26块,总重量约为500公斤。这颗卫星的轨道和伦琴卫星类似,可能的坠落范围更广。幸好,最终监测结果显示,其残骸坠落在靠近北美大陆的太平洋上,才让人们虚惊一场。
其实,类似事件自从人类进入太空就不断发生,以下是历史上几个更加庞大的“天外不速之客”:
1. 1979年,天空实验室,85吨,失控坠落。1973年,美国宇航局的天空实验室发射升空,这是第一个可载人的空间站,曾有三组载人航天任务拜访过它。天空实验室的轨道高度是434~442公里。它原计划在轨工作10年,但由于这一时期的太阳活动比预想的活跃得多,地球大气受热膨胀,影响了天空实验室的轨道,导致它提前坠落。1979年7月11日,天空实验室坠入大气层,在印度洋和澳洲西部上空形成可见的火链,有些大块的残骸坠落在澳大利亚西海岸的佩斯市,幸好无人受伤。
2. 2003年,哥伦比亚号航天飞机,100吨,降落时失事爆炸。2003年,美国宇航局哥伦比亚号航天飞机在执行完任务返回地面时,由于出现故障导致失控,于2月1日在德克萨斯州东北部上空爆炸。航天飞机上乘载的7名宇航员全部遇难,这架重100吨的航天飞机被毁。之后的调查显示挡热板损坏导致航天飞机左翼边缘出现故障,进入大气层时超炽热等离子流渗入导致爆炸。这也是美国宇航局第二架在执行任务中爆炸的航天飞机。
太空垃圾与日俱增
人们把这些仍停留在轨道上围绕地球运行的、不再处于可使用状态的任何人造物体,都称为太空垃圾。这些物体主要是被废弃的卫星、空间站、其他任何航天器或者它们的碎片,它们小到固体火箭燃烧剩余的残渣,大到发射后被遗弃的多级火箭。对那些正在使用的卫星来说,太空垃圾意味着麻烦。
大多数人造卫星是在高度2000公里以下的近地轨道上运行,环绕地球一周大约需要90分钟,运行速度大约是每小时2万8千公里(每秒7~8公里)。与地球静止同步轨道(编注:高度35860公里)相比,把卫星放到近地轨道所需能量较少,而且卫星与地面通信所需要的功率也小,所以包括国际空间站在内的大部分通讯、遥感卫星都采用近地轨道。
据统计,近地轨道上正在使用中的航天器多达近千个。未来10年,还会有上千颗卫星被发射上去。
自1958年苏联发射第一颗人造卫星以来,全世界各国一共执行过超过4000次以上的发射任务,这些航天器多数已经报废甚至解体,再加上火箭残骸等,地球上空已经是“垃圾遍地”。这些卫星或垃圾的轨道并不完全一致,其相对速度可以高达每小时数万公里,一旦相撞,后果不堪设想。
其实早在航天时代到来之前,科学家已经预见了航天活动可能遭遇的撞击的问题,比如来自外太空的彗星或尘埃。1978年,美国科学家凯斯勒(Donald Kessler)指出,到2000年,人造太空垃圾的危险将超过外太空尘埃,并可能在低地轨道形成“垃圾带”,这一现象后来被称为“凯斯勒综合症”。
1991年,凯斯勒又发现,1公斤的太空垃圾就能撞毁一艘1000公斤的航天器,并可能产生更多具有毁灭能力的垃圾碎片。如果轨道上的航天器数量超过某个临界值,这种撞击就将产生灾难性的“链式反应”或者“雪崩效应”。
面对这样的警告和警示,各主要航天机构都成立了监测太空垃圾的部门,比如美国宇航局设立的太空垃圾研究的领导部门“轨道碎片项目办公室”。
为了尽量减小航天器与太空垃圾相撞的危险,美国的太空监视网将地球轨道上所有大约10厘米的碎片都记录在案并随时跟踪。统计数据显示,1990年代,长久地留在轨道上有记录可查的太空垃圾已经有8500件。2005年,这一纪录达到了13000件。2006年,由于反卫星试验的增加,太空垃圾猛增到19000件。今年美国宇航局公布的数据则达到22000件。尺寸更小的碎片无法直接跟踪,估计数量更多,介于1~10厘米可能有50万个,小于1厘米的,估计有几千万个。这些太空垃圾的总重量可能超过4500吨。
2009年初,凯斯勒曾在一篇文章中直言不讳地指出:“没有足够安全措施的侵略性的太空活动会使航天器之间的碰撞更加频繁,并对未来的航天活动形成无法承受的威胁。历史上在轨道上构建大型卫星群、建设太阳能电站的想法,以及过去30年苏联、美国和中国进行的反卫星武器试验等活动,可能已经达到了临界条件。在将来某个时候,一颗卫星失事可能会在短时间内影响许多卫星。”
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