专家称天宫一号需加装护甲在轨躲避空间碎片

2011-9-26 11:50 来源: 新闻晨报
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  当大多数人还不清楚“空间碎片”为何物时,9月24日美国报废卫星残片撞向地球的消息,却让全世界的人都明显感受到了来自太空的威胁。按照美国宇航局(NASA)的公布数据,目前会对人类空间活动产生影响的空间碎片,就有近2万个。

  9月29日晚上,中国首个空间试验平台天宫一号将在酒泉卫星发射基地发射升空。在遥远的太空中,“天宫”将预计用时两年,完成和“神八”、“神九”以及“神十”的空间交会对接。这次任务中,遍布太空轨道的各种空间碎片,将使“天宫”比以往任何一次“神舟”系列飞船面临更大的威胁。

  “天宫”将如何应对空间碎片的威胁?与“神八”、“神九”、“神十”对接会不会受空间碎片的影响?中国科学院空间中心研究员、中国空间碎片行动计划前首席科学家都亨就这些问题接受了晨报记者的专访。“太空垃圾是必须面对和亟需解决的难题。”都亨坦言。

  被撞击概率高于“神舟”

  ●一个只有几毫米长的碎片,就有可能毁灭一个航天器

  ●被碎片撞击概率跟航天器的体积及在太空运行的时间成正比

  当大多数人还不清楚“空间碎片”为何物时,9月24日美国报废卫星残片撞向地球的消息,却让全世界的人都明显感受到了来自太空的威胁。按照美国NASA的公布数据,目前会对人类空间活动产生影响的空间碎片,就有近2万个。随着人类空间活动的增多,残留在太空各个轨道中的太空垃圾也会日益增多。

  9月29日晚上,中国首个空间试验平台天宫一号将发射奔向太空,“天宫”飞天之旅会不会也受到空间碎片的威胁呢?“威胁肯定存在,而且要比我们以往的‘神六’、‘神七’面临的更大!”都亨告诉晨报记者,人类航天器被空间碎片撞击的概率,跟航天器的体积及在太空运行的时间成正比。“天宫一号要在轨道运行两年,其体积和重量也与之前的‘神舟’不同,被撞击的概率更高。”

  据都亨介绍,目前空间碎片在太空中主要有3个集中分布区。“第一个区域是地球同步轨道,距离地球表面3.6万公里。第二个区域是距离地球表面1000公里左右的近地轨道。在这两条轨道之间还有个密集区,就是人类发射应用卫星最多的区域,俗称‘中轨道’”。尽管空间碎片本身没有动力,但其在太空中的移动速度却很快,一般在每秒8公里左右。“很小的一个碎片,只有几毫米长,就有可能毁灭一个航天器。”

  发射与对接都要躲好碎片

  ●轨道有误差,误差的存在就要求躲避碎片必须将范围扩大

  ●除了在轨躲避,给航天器加装护甲也是防范的主要措施

  天宫一号承载着中国航天的梦想,无论是其发射,还是将来与“神八”、“神九”、“神十”的对接,如何躲避与空间碎片相撞都十分关键。“发射窗口的选择就必须考虑到这一点。大型的空间碎片都有其轨道,我们要算准自己的航天器在发射及进入轨道的过程中不会与之相撞。”

  天宫一号承担的最主要任务就是与“神舟”系列飞船完成对接,两个不同的航天器都会受到碎片的威胁。“如果确实发现有撞上碎片的可能,那么或者‘天宫’或者‘神舟’,就需要改变原先轨道进行躲避,这样交会对接就无法完成了。”都亨向记者分析说,虽然威胁存在,但通过技术手段完全可以避免。“碎片和航天器的运行速度都很快,如果监测发现有相撞的可能,那么我们只需要推迟几秒,甚至1秒,原本要撞上的就能避开了。”

  “撞击是有一定概率的,因为存在轨道的误差。就像打靶一样,瞄准的是靶心,可能射出去只有8环。放在太空而言,如果差之毫厘就会失之千里。”都亨说,误差的存在就要求躲避碎片必须将范围扩大,留得余地要大。“你以为不会撞上的,也有可能因为轨道的误差而相撞,所以必须将安全范围扩大。”

  “就目前来看,最有效可行的方法就是躲。”都亨表示,如果可以详细且完整地知道每一个空间碎片的轨道数据,那么通过调整轨道躲避撞击很容易就能实现。“但难就难在,目前我们还没有自己的数据来支持。”

  除了在轨躲避,给航天器加装护甲也是防范空间碎片的主要措施。“一些几毫米的碎片,有一层钢板保护的话可能就不会对你构成威胁。装甲越厚,安全系数也就越高。”但加装护甲也有很多局限,会对航天器实现自身功能造成影响,且重量增加也就需要更大推力的火箭才能完成发射。

  建自己的数据库是长远之计

  ●目前只有美国有最全、最准的碎片数据,但其公布时在数量和精度上会有很大保留

  ●通过地面雷达观测,且要盯牢运行轨迹,技术难度很大

  目前人类观测空间碎片的轨道运行,只能通过地面观测的手段完成。“这是个长期且艰巨的工作,目前只有美国人手里有最全、最准的碎片数据。”谈及这个话题,都亨显得忧心忡忡。“虽然按照国际空间条例,美国会公布一些数据给其他国家使用,但其公布的数量和精度,却有很大保留。”

  目前人类已经能够大致了解各种规格的空间碎片有多少,如何在太空中运行,并测算出相应的撞击概率,“这些主要都来自美国的监测网,他们可以跟踪两万个空间碎片的踪迹。但现在他们公布出来的,精度较低,而且他自己航天器密集区的数据完全不公布。”如果考虑到太空事业的长远发展,建立中国自己的碎片监测数据库是早晚要面对的问题。

  “如果哪天美国人不告诉你了,我们怎么办?”都亨说,通过地面雷达的观测手段,要看到几千公里外的太空中一个几厘米甚至几毫米的空间碎片,还要盯牢其运行轨迹,技术难度非常之大。“要改变这种受人钳制的尴尬局面,需要我们长期的努力。”

  “天宫”的意义

  先解决有没有 再考虑怎么用

  迈出了中国航天空间站技术“从无到有”的第一步

  天宫一号试验成功,将在完成与“神八”、“神九”、“神十”的交会对接后,使得中国成为继美国、俄罗斯之后第三个独立掌握这一技术的国家。按照我国的航天发展规划,在2016年之后将陆续发射天宫二号、天宫三号,到2020年将建立自己的多舱式空间站。美国媒体曾报道称,10年后中国“天宫”或将成为全球唯一的空间站。

  “拥有自己的空间站,因为它可以长期在空间运行,我们能做很多以前做不了的工作。但空间站的实际效益究竟多大,还有待时间检验。”都亨告诉记者,现在俄罗斯已经不再进行空间站方面的研发,美国虽然建过两个空间站,但目前的处境也十分尴尬。“美国人当时对进行空间站试验非常热衷,但从现在来看,也没有取得很大进展。”未来的空间站究竟何去何从?从拥有这一技术的俄美两国来看,前景似乎并不明朗。

  “但对于我们国家而言,‘天宫’的意义完全不同,最起码他可以证明我们拥有这样的能力”。在都亨看来,发射天宫一号的最大意义,就是解决了中国航天事业空间站技术从无到有的第一步。“我们先要解决的是有没有的问题,然后才能考虑怎么去用”。