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75 萬片太空垃圾圍著地球轉!看專家如何應對它們

  2020年08月20日  

  每當黃昏降臨,位于德國斯圖加特的物理技術研究所,就會用起他們的頂級天文望遠鏡。雖然這時太陽光仍能照射到地球的低軌道環線,但光線已經暗到足夠在地面上有效地使用望遠鏡了。

  您應該不知道,在這個時間段,反射一天最后的光線的,正是幾十年的太空探索產生的大量碎片殘骸。

  科學家們能夠根據海拔和方位角來追蹤它們,比如利用德國航空太空中心開發的距離測量技術來確定碎片在數米范圍內的軌跡。該技術是基于激光從地面行進到碎片再返回地面需要的時間。

太空垃圾 被低估的危險

  斯圖加特的研究人員具有大量的研究目標。據估計,約有 750,000 件物體在各種海拔上繞地球軌道運動,從幾厘米的小物體到幾噸重的故障衛星。

  那些海拔 2000 公里以上的靠近地球運行的大于 10 厘米的物體存在很大問題。迄今為止,國際上已經發現了大約 17,000 個大于 10 厘米的物體。據估計,這些較大物體的碎片總數有 28,000個。

  造成這種規模的太空碎片如此泛濫,是近些年使用的地球低軌道商業衛星和載人航天飛行。即使是最小的碎片也有可能損壞衛星的太陽能電池,碎片以每秒 8 公里的速度行進,如果撞到太空中的宇航員,可能會造成致命的后果。

  國際空間站船體的設計僅能抵抗 1.4 厘米大小的空間碎片的沖擊,如果有較大碎片的沖撞,又沒有足夠的時間進行回避調動的話,機組人員的唯一選擇是通過聯盟號逃生艙撤離,并放棄 1000 億歐元的太空站。

太空垃圾 移動監控站網絡

  為了避免發生這類事情,德國航空太空中心的技術物理研究所正在開發一種基于激光的地面站技術。這個概念有一個很大的優點——用激光傳播時間測量來探測太空垃圾,比通常的雷達檢測方法便宜 90%。但是,它也有一個缺點——非常依賴與垃圾的視覺接觸,因此需要適合的天氣條件。

  如果要向衛星運營商和國際空間機構提供精確的投影軌跡,就需要密集的監控站網絡。總有地方天氣是好的,獲得最大的天空覆蓋面也會提高投射的質量。首先要為天文學家找到具有最佳條件的地點,如加那利群島、智利和夏威夷。

item 防護罩 保障監控站安全

  為了填補監控地圖上的空白位置,監控站要設計為可運輸結構。所有必需的設備都要放進帶集成電源的 20 英尺集裝箱,一個移動監控站的重量幾乎達到 1000 公斤。到達部署地點后,集裝箱的頂部會被打開,并且通過安裝在內部的雙重望遠鏡提供天空的無限制視圖。不僅有發射激光的望遠鏡,還有 17 英寸的接收返回激光的望遠鏡。

  激光器本身位于雙重望遠鏡底座下面的一個盒子中,并通過傾斜的焦點直接連接到變送器。箱體和底座防護體共同屏蔽來自外界的激光束,確保高頻激光器能夠使用,同時還不對脈沖能量有任何限制。

  盒子內部由型材 8 系列 40x40 輕型、黑色和黑色陽極氧化處理的鋁面板元件制成,其中的高精度激光束已經對準,所以這個區域必須始終確保完全沒有灰塵。

最大限度 避免新太空垃圾

  防護罩因為有 item 提供的專門配件,所以激光不能穿過,因此滿足了兩個關鍵需求。首先,它可以保護激光不受到天氣、溫度波動過大和灰塵等外界影響。其次,它可以保護周圍人群,確保其免受激光束的分散和反射。模塊化的設計,允許隨時對各個元件進行修復和改進,在使用光機械系統時具有非常大的靈活性。

  從長遠來看,高成本效益的監測站網絡可以在防止新太空垃圾的產生中發揮重要作用。當利用準確的投影軌跡工作時,衛星操作者將能夠及時進行回避調動。軌道上的每個相當大的碰撞都會增加多米諾骨牌效應的風險,從而產生更多的碎片。

  在規劃新的任務和防止碰撞時,越多的時間和精力投入到避免太空垃圾上,這個問題就越容易被遏制。一旦到達臨界點,就必須開發昂貴的新工藝來清理地球周圍遍布垃圾的低軌道。直到垃圾清理之前,整個地區將無法進行太空飛行。

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