最近,美国一颗重达10吨的侦察卫星失控的消息引起人们对自身安全的担心。据美国官员称,这颗失控卫星将于2月底到3月初坠入地球大气层,如果这颗卫星直接撞入人口密集的城区,将带来灾难性的后果。事实上,自从1957年苏联发射首颗人造地球卫星以来,为了开发利用太空,到目前为止,已经有超过40个国家拥有本国的人造航天器,其总数约为6000个。面对美国失控卫星可能带来的灾难,人们不禁担心,这6000个人造航天器会对地球构成威胁吗?
6000人造航天器分布太空
目前,在太空中的这6000个人造航天器大体可分为两类:一类是无人航天器,包括人造地球卫星和各种空间探测器。按照用途不同,人造卫星可分为实验卫星、通信卫星、电子侦察卫星、导航卫星、预警卫星等。在这些卫星中,既有重十几吨的大型卫星,也有重几十公斤的微型卫星以及由多颗小型卫星组成的卫星星座。此次失控的美国卫星就是美国国家侦察局所属的NROL-21(USA-193)侦察卫星。美国官员称它重约10吨,本体部分和大型公共汽车差不多。空间探测器的作用各异,有的像我国去年发射的“嫦娥一号”一样,万里跋涉后围绕目标星球公转并进行科学探测;有的如美国宇航局登陆火星的“勇气”号探测器一样,克服重重困难登陆其他星球实地考察;有的像美国的“旅行者一号”一样,孤单地飞行,寻找宇宙的边缘。
第二类是各种载人航天器,例如载人飞船、空间站和航天飞机等,其特点是可以搭载航天员完成空间探测、试验和运输等任务。俄罗斯的“东方”号飞船、美国的“水星”号飞船和中国的“神舟”飞船都曾把本国第一位航天员送入太空,美国的“阿波罗”号飞船还实现了人类首次登月。美国的“空间实验室”、苏联的“和平号轨道站”、国际合作的“国际空间站”等大型空间站都曾经或者仍然是重要的空间试验基地。
“寿终正寝”各有归宿
由于电子元器件寿命、自身携带的燃料有限以及轨道高度等因素,任何人造航天器都有“寿终正寝”的时刻。然而,不同的航天器却有着不同的归宿。
对于人造地球卫星、宇宙飞船和太空站这类环绕地球飞行的航天器而言,如果不加任何控制和调整,由于受到地球引力的作用,几乎所有的卫星都会有一个共同的命运———进入地球大气层,唯一的不同只是所用时间的长短。对于距地面200千米左右的近地轨道卫星而言,在失效或者用于调整轨道高度的燃料耗光之后,长则几年短则几个月就会进入地球大气层。近地轨道运行的小型航天器再入大气层时可通过与大气层剧烈摩擦而完全烧毁,但对大型航天器则必须额外“关照”,因为它再入大气层时不能完全烧毁,通常的处理方式是通过地面的遥控使大型航天器坠毁在无人区。2001年3月22日俄罗斯近百吨的“和平号轨道站”就成功坠毁在南太平洋一个被称为“太空坟场”的地方。一些中高轨道的航天器,这个坠落的过程则需要等待几百上千年,在这个漫长的下降过程中,这些卫星就成为了太空垃圾,随时危害着空间其他卫星的安全。此外,有些卫星到寿后并不是直接下坠,而是先进行轨道调整。例如苏联制造的核动力卫星,卫星到寿后,要用火箭把核反应堆部分推到高度超过900千米的轨道上,它将沿着这个轨道运转600年以上,确保再入大气层后核反应堆中燃料(即铀235)的放射性将降低到人类可以接受的安全水平。在地球静止轨道(3.6万千米高的赤道上空)运行的通信卫星到寿后,也是遥控卫星上的发动机进行变轨,使卫星飞到无用轨道,为新的通信卫星“腾地方”。
空间探测器的归宿就复杂多了。有些空间探测器采用人工控制方式来撞击所探测的星球完成其最后的使命。1999年,为了探测月球上是否有水冰,美国“月球勘探者”探测器在人工控制下撞击月球。有些探测器还不得不在地面控制下“自杀”。2003年9月21日12时49分,为防止到寿后的“伽利略”号与“木卫二”相撞,降低未来对该星球研究的准确性,“伽利略”探测器在人工控制下脱离原来轨道,撞向木星。此外,还有些空间探测器由于飞得太远,只能任其自生自灭。
及时监控很重要
如果按照科学家设计的结果,人造航天器通常不会对人类造成危害。但是事情往往并不是向人们预想的方向发展。一些人造地球卫星或者失控,或者发射失败,这就会给地面带来一定危害。其危害主要体现在两个方面:一是进入大气层后未被烧毁的残骸具有极大的动能,落入人口密集区可能会造成地面的人员伤亡和财产损失。二是卫星自身的一些有毒的物质对地球环境造成污染。有一些卫星采用核反应堆,如果其放射性元素进入大气层不能完全烧毁的话,落入陆地可能会造成重大环境灾难。美国在1964年4月发射“子午仪”号导航卫星时,因发射失败卫星所携带的放射性同位素源被烧毁,钚238散布在大气层中并扩散至全球。尽管如此,相对于众多坠落到大气层的人造航天器和火箭壳体来说,发生事故并对地球造成危害的概率仍然很小。有资料显示,过去50年间,有超过1.7万个人造航天器及其部件(包括火箭的末级)坠入地球大气层,均未发生重大灾难,由此看卫星伤人毕竟是小概率事件。
人造航天器失控并对地面造成威胁是一种小概率事件,且应付起来极为棘手,所以目前仍然没有专门的、切实可行的办法来对付那些失控坠落的人造航天器。目前,最可行的办法就是及时监控、精确跟踪,提前计算出坠落区域,视情况疏散。
用于探测卫星的最常用手段是大功率雷达,这类雷达天线庞大,发射功率也很大,可以持续对某一空间区域进行扫描,甚至能发现几千千米外的太空碎片,例如法国的“格拉夫”雷达系统。其次可使用大型光学望远镜和红外跟踪仪发现、跟踪低轨道卫星。美国、俄罗斯、中国和欧洲等航天大国都建有一定规模的太空监控网络,有效监控太空中航天器的一举一动,其中以美国的最为庞大有效,仅美国军方的测控网络就由分布在全球的25个陆基雷达站点组成。