在外太空人们所发射的各种卫星和空间站建设所产生的太空垃圾该如何处理会有什么后果

6月17日,中国神舟十二号载人飞船成功发射,3名航天员进入太空,目前已经与中国空间站对接并进入了空间站执行任务。
这是中国人首次在太空进入空间站。
此次载人发射是空间站阶段的首次载人飞行任务,在飞船与空间站完成对接后,航天员将会完成为期3个月的在轨驻留,开展机械臂操作、出舱活动等工作。
面对中国航天事业的快速发展,美国又坐不住了。
嫌在地球上制造的麻烦还不够多,美国最近又把眼光放到了太空中。
最近,看到中国为空间站安装的巨型机械臂,患有被迫害妄想症的五角大楼又担心了,“中国这项技术或能拿捕美国的卫星,或是击落美国探测器”。
据《环球时报》6月14日的报道,美国方面对中国空间站安装了长达15米,工作范围18米,可抓取25吨物体的巨型机械臂感到“震惊”,美国太空司令部司令宣称,这样一个大家伙可以用于未来抓取卫星的系统,也可能会击落美国的航天器,将威胁到美国在太空中的安全和利益。
前几天,美军太空司令部司令、四星上将詹姆斯·迪金森在美国国会军事委员会作证时,炒作所谓“中国太空威胁”。
他指控中国发射的实践-17号卫星配备有一种怪异的机械臂,能够实施空间抓捕行动。
詹姆斯·迪金森上将还重点指出中国空间站“天和”核心舱小柱段安装有一部承载力达到25吨的多功能大型七自由度空间机械臂,它可以基于首尾互换技能实现在空间站舱体外表面的爬行,能够协助航天员实施舱外活动,进而触达空间站任一外表面,同时还可以捕获悬停航天器执行辅助对接任务。
詹姆斯·迪金森上将还宣称,中国凭借其自主研制的异常先进的太空机械臂技术,可以在未来的航天系统中用于抓取他国卫星。
他认为中国空间站天和核心舱的巨型机械臂,也是一件太空武器,可以用来拽落或拿捕美国在太空轨道上的卫星。
将中国描述为在太空领域的“步步紧逼的挑战”。
美军认为中国配备了巨型机械臂的卫星或航天器可以接近敌方卫星以使其瘫痪,其实是“贼喊捉贼”了。
美军似乎忽略了一件事,中国不是第一次在航天器上搭载这样的大型机械臂的。
已经于2001年自行坠毁的俄罗斯“和平”号轨道空间站上,就安装有大型机械臂。
在美国主导参与的国际空间站上,也有一个巨型的机械臂,因为是由加拿大生产的,因此也被称为“加拿大臂”。
在4月29日,中国发射了天和核心舱成功和天宫空间站对接。
这个核心舱的小柱段安装了一个机械臂,名叫“天和机械臂”。
中国空间“天和”核心舱配置的这个大型机械臂,两根肘关节式机械臂展开以后长达15米,负荷为25吨,有抓握功能,可以对载荷进行精细操作。
通过人机配合,让空间站在轨进行拿取、建造、维修成为可能。
在空间站上,大型机械臂的用处很多,可以转移实验舱建造空间站、搬运飞船货物、帮助宇航员太空漫步、修理空间站等等。
它是空间站天和核心舱的重要组成部分。
机械臂是空间站的关键工具,可以用于转运补给品和设备,支撑出舱的宇航员。
还支持空间站的维护和保养。
机械臂的应用减少了宇航员需要冒险进行太空行走的次数,可以进行日常杂务处理,是空间站不可或缺的一部分。
至于捕获任务,也只是用于承接向空间站运送的航天器。
美国人显然是想错了,如此贵重的空间站,怎么可能用于去抓捕他国的卫星呢?
而且天和核心舱的这个巨大的机械臂,设计非常巧妙,可通过适配器在空间站多位置灵活移动,进行舱外爬行,没有任何工作死角,是一个特别大的创新。
美国航天技术都先进到组建了太空军,还成立了太空司令部,结果太空司令部司令却因为中国航天站安装一个机械手臂,就在地球上大放厥词。
怎么听都显得有点魔幻,未来的太空作战难道是比航天器谁的机械臂更长。
詹姆斯·迪金森上将指控的中国实践-17卫星配备的机械臂也是诬告。
实践-17号卫星本来是一颗用于通信和广播服务的卫星,一个附带功能是观察和处理空间碎片,上面配备的机械臂,主要是为了处理空间碎片的收集,并引导拽落空间碎片,使其在地球大气层中烧毁。
此外这支机械臂还为了中国空间站上机械臂技术的成熟进行的论证性试验。
目前,大约有1.7亿个大小不一的太空碎片围绕着地球散乱的飞行,全世界现在大约有2000多颗在轨运转中的卫星,但在地球轨道上却存在着3000多颗已经报废“死亡”的卫星,地球轨道中的残骸和碎片垃圾数量,已超过了运行中的卫星。
这些垃圾如果不清理,只会越来越多最后影响进一步的航天活动。
在太空进行一场大扫除势在必行。
因此国际上清理太空碎片的呼声很高。
对此,世界上航天业发达的如美国航天局、欧洲航天局、日本航天局以及中国等,都提出过自己的航天垃圾清除计划。
中国为了响应国际上清除太空垃圾的号召,已经发射过多颗带有机械臂的卫星,担任清道夫任务,通过两种手段清除太空碎片,一是主动收集比较小的太空碎片;
二是将比较大的太空垃圾牵引至大气层燃烧。
中国如果真的在太空碎片清理技术上取得突破,能通过这样的机械臂将航天垃圾清除,美国恐怕会很开心,而不是像现在这样,让一个待在地球上的太空司令睁着眼睛说瞎话,企图糊弄美国国会通过更多的财政预算。
不过,美国上将这番话都是启发了大家。
其实在轨道捕获敌方卫星并不是什么高不可攀的技术。
中国很早提出过天空碎片处理和空间捕获技术的概念,并且发射过“傲龙一号”空间碎片主动清理飞行器。
这种概念似乎可以命名为”轨道高空间非合作目标的处理和控制“。
未来的太空清理飞行器,能够捕捉报废卫星,能够捕获重达几吨甚至十几吨的“非合作轨道目标”,然后拖拽其坠向大气层。
清理太空碎片,大概相当于太空城管,占道经营是违法的。
有很多网友甚至嘲讽美军太空司令部司令詹姆斯·迪金森上将,说他的一番针对中国的言论,明显是看了动画片《太空部队》以后的臆想。
在《太空部队》影片里,就有宇宙飞船通过机械臂剪断对方卫星太阳能帆板的情节。
看来,美国急需发展一种不带太阳能帆板的放射性同位素核电池卫星,彻底摆脱卫星太阳能帆板被不明机械手剪断的危险。

参考:
就现在的情况而言,不用着急去处理。
一方面是垃圾还不是特别多,另一个最重要的方面就是处理垃圾的成本太高了。
为什么会产生太空垃圾呢?
助推器、一级火箭和整流罩这些部件不会达到近地轨道速度,所以在发射过程中都会在大气层烧毁或者坠向地面。
如果卫星要依靠二级火箭直接入轨,那么二级火箭就会被抛弃在太空。
这样它就成了一大块太空垃圾。
还有一些报废卫星,也会成为太空垃圾。
即使核电池、太阳能电池板本身也是有寿命的。
卫星一旦失去电力,就无法维持自身的姿态和正常的功能,这样就变成了太空垃圾。
还有如果这些太空垃圾互相碰撞,虽然概率很低,但是会有大量碎片,产生更多的太空垃圾。
怎么清除他们?
这些报废卫星或者二级三级火箭,如果要把它拉回大气层,那么难度要高于发射一枚小型航天器与空间站对接。
回收装置首先要达到和太空垃圾同样高度和速度的轨道,而且要把控好发射窗口,才能和目标交汇。
在捕获目标之后,整体的重心又发生了改变。
所以对于不规则的未知目标,抓去之后怎样保持稳定,怎样保证推力沿着重心的方向就成了一个难题。
(我还是画个图吧)解决了这个问题之后,消耗一定的燃料,就可以将太空垃圾减速,降低它的轨道,在大气层烧毁。
也就是说费了这么大的功夫,我们终于消灭了一块在太空漂浮的废铁。
另一种方法就是给太空垃圾包上一个大网子,让周围稀薄的空气将其减速,在若干年后见到足够低的速度,进入大气层烧毁。
现在看来,唯一可行的措施就是减少火箭发射过程中的太空垃圾。
例如可以尝试回收二级火箭,但是回收二级火箭的难度远远大于回收一级火箭的难度。
就算是SpaceX现在也没能实现回收二级火箭。
碰撞机会其实这些太空垃圾看上去很多,实际上并没有太大威胁,碰撞的概率实在太低了。
我们经常看到如下图这样的太空垃圾示意图,但是要达到这种效果,每块垃圾的大小需要像一个省那么大。
所以今后注意少扔一些就好。
地球外面的空间很广阔,轨道完全相同的太空垃圾不会相遇,只是在轨道有交点的时候,有很低的概率相撞。
较大较高的太空垃圾很容易检测预判他们今后的轨迹。
所以太空垃圾的威胁目前还不是特别明显。

参考:
自己会慢慢掉下来
参考:
目前来说,清理成本太高了,所以基本上都是不清理,直接丢弃在太空中的,所以我们能看到下面这个图片,地球被各种太空垃圾包围住了。
随着发射的探空设备越来越多,地球上方的空间也被布满了,虽然实际上可能没有图片上看到的那么夸张,那么遮天蔽日。
但是你需要知道的是这些垃圾其实在太空中是以很高的速度行驶的,所以一小片垃圾所占据的空间,远远大于其自身的体积的。
所以我们可以想象,在未来的某一天,可能我们仅仅是发射普通的卫星都比较困难了,更不必说宇宙飞船,因为需要从密密麻麻的障碍物中穿行,难度可想而知。
稍有不慎,一个小碎片就能让太空之旅提前结束。
其次另一个影响就是,目前地球轨道中正在运行的一些卫星,他们如果受到这些垃圾的阻拦,可是不会躲避的,也会造成碰撞损毁,给地球上的人类造成经济损失。
最后就是,这些宇宙碎片是没有动力的,终有一天会因为各种小碰撞失去动能然后坠落地球,砸到花花草草,或者落入居住区,危险系数还是很高的。

参考:
一部分坠入大气层自燃消失了,剩下的就真成为太空垃圾了。
未来这些太空垃圾必然会影响卫星,航天火箭的运转,甚至成为轨道杀手。
现在清理成本高,得不偿失。
但如果有一天,地球被太空垃圾包围,科学家会想办法的。

参考:
目前来说,空间碎片的清理基本都是试验阶段,并没有进行到大规模清理阶段。
并且,空间碎片清理技术可直接用于太空军事领域,在国际上也处于争论状态,因此,空间碎片的清理在目前只能由其自由飘荡坠毁,高轨道卫星残骸估计只能任其傲游太空了。

参考:
1,用太空机器人先收集太空垃圾然后集中用极光武器消毁;
2,利用太空望远镜或太空卫星、飞船、空天飞机、太空侦查搜索机器人先行发行太空垃圾,然后用太空武器消毁
参考:
如今随着科技的飞速发展,人类对未知的世界也越来越越感兴趣了。
于是外太空成了人类探索发现的方向,加之人类通讯方式的发展,卫星通讯成为新的宠儿。
所以外太空成为一大新的重要领域。
很多国家每年都在发射新的卫星或探测器。
这些仪器的发射需要用火箭发射运载,而火箭的动力燃料还是化学物质,能量的利用率很低发射一次就得大量的燃料。
庞大的火箭只有头部的一小部分是有用的仪器及物品,在都是一次性的用完就得脱落。
可以看到火箭在飞行的过程一边加速,也在一边脱落用完的物品,如助推器,铮流罩类的。
所以在外太空就会留下很多的垃圾,这些垃圾危害也是很高的。
会破坏卫星的机体及正常的运行。
垃圾太多也会对发射的火箭留下太多的影患。
所以这些年很多的科学家也在想办法解决这一问题。
这一问题也是挺难的,因为很多火箭效率低,燃料只可以供飞到太空,没有太多的燃料在飞回来,在就是发射一次火箭去把垃圾运送到地面的成本太高,而垃圾又太多。
这一难题只有未来改进火箭原理,或新燃料出现提高效率在解决垃圾吧。
还有就是研制新的高效飞行器。
这些都是大难题,还需人类的更加努力去发现创新,这难题总会有解决的方法的,只不过我们人类的能还没到。

参考:
现在中国已经有了清理太空碎片的技术了。

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