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2011-03-18 11:22 |
美國(guó)科學(xué)家們?cè)O(shè)想用激光清理太空垃圾
地球附近軌道上遍布太空垃圾，并且情況只會(huì)越來越壞，因?yàn)橐恍┐髩K的碎屑之間會(huì)偶爾發(fā)生碰撞，并碎裂成更多更小的碎片，從而嚴(yán)重威脅衛(wèi)星和人類太空活動(dòng)的安全。針對(duì)這一問題，美國(guó)宇航局的科學(xué)家們想出了一個(gè)解決方案，那就是使用激光去推動(dòng)這些碎片，使其偏離軌道，從而避免它們相互之間發(fā)生碰撞。 i*b4uHn a
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美國(guó)軍方目前正監(jiān)視著低地球軌道上的大約2萬(wàn)個(gè)太空垃圾，其中大部分是廢棄的衛(wèi)星或它們之間相互撞擊產(chǎn)生的碎屑。 #PPsRKj3c
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由于地球的外層大氣的減速作用，每年都會(huì)有一部分太空碎片落入地球大氣層燒毀。但在1978年，一位美國(guó)宇航局的天文學(xué)家唐·凱斯勒(Don Kessler)提出了一個(gè)讓人沮喪的觀點(diǎn)：隨著太空撞擊事件的增加，新生出大量碎片。遲早有一天地球大氣銷毀太空垃圾的速度將跟不上太空垃圾的增長(zhǎng)速度。那樣一來，地球外圍空間就會(huì)出現(xiàn)一層永久性的“太空垃圾云”，從而使得太空環(huán)境變得非常危險(xiǎn)，無法進(jìn)行航天活動(dòng)�，F(xiàn)在，這種理論已經(jīng)被稱作“凱斯勒癥候群”(Kessler Syndrome)。 ^ CX,nj_(
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事實(shí)上，在今天的低地球軌道上已經(jīng)開始出現(xiàn)危險(xiǎn)的“擦槍走火”事件。更有甚者，在2009年，兩顆分屬美俄的通訊衛(wèi)星真的發(fā)生了相撞。那次相撞產(chǎn)生的碎片在數(shù)個(gè)月后差點(diǎn)撞上運(yùn)行中的國(guó)際空間站。一些模型計(jì)算顯示，在地球軌道的某些高度層面上，一種失控的凱斯勒癥候群現(xiàn)象可能已經(jīng)開始發(fā)生。 rl41# 6
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“如果我們不采取一定的措施，這種情況將變得不可收拾。對(duì)于這一點(diǎn)大家基本都沒有什么不同意見。”美國(guó)宇航局的工程師克萊恩·李維特(Creon Levit)說�！艾F(xiàn)在是關(guān)鍵時(shí)刻，情況只會(huì)變得越來越糟�！� ;pCG9
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在一份遞交給《太空研究進(jìn)展》雜志的論文中，一個(gè)由美國(guó)宇航局科學(xué)家詹姆斯·梅森(James Mason)領(lǐng)導(dǎo)的科研小組提出了一個(gè)新鮮的觀點(diǎn)：與其等待這些碎片落入大氣，還不如設(shè)法阻止撞擊的發(fā)生。 <Wg G=Kf)N
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“如果你能阻止撞擊的發(fā)生，那么這些碎片的數(shù)量就不會(huì)增加，這樣一來，地球大氣的自然清理能力就能逐漸清理掉這些討厭的太空垃圾。”威廉姆·馬歇爾(William Marshall)說。他是美國(guó)宇航局的一位太空科學(xué)家，也是這一論文的合著者。他說：“這將使環(huán)境有機(jī)會(huì)進(jìn)行自我凈化�！� /$<JCN Gv
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李維特表示：“只要能阻止或減緩新生碎片的形成，我們就能讓事情發(fā)生大的改變�！庇捎诳諝庾枇﹄S著物體表面積的增大而增大，因此大氣阻力最先清除的是軌道上那些最輕、體積較大的碎屑。而如果碎片在碰撞中變得越來越小，那么最后大氣將很難對(duì)這些小型垃圾碎片進(jìn)行清理。 "
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更糟的是，這些最后剩下的“頑固”碎片都是個(gè)頭很小，但是密度較大的“堅(jiān)硬”物體，而這對(duì)于人類的太空活動(dòng)是最危險(xiǎn)的。 _i#@t7
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李維特說：“如果你在太空中和一顆廢棄的衛(wèi)星或其他碎屑相撞，假設(shè)你們兩者的相對(duì)速度約為每秒5英里(8公里)，你將會(huì)被撞成碎片�！� RNl\`>Cz
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而這次的最新研究中，科學(xué)家們提出，一旦確認(rèn)某顆碎片可能將與其他碎屑發(fā)生撞擊，則在望遠(yuǎn)鏡引導(dǎo)下對(duì)其進(jìn)行激光照射。激光中的光子會(huì)給碎屑施加一股力量，形成所謂的“光壓”，無數(shù)的光子的推力結(jié)合在一起，可以逐漸減低碎屑的運(yùn)行速度，下降幅度可達(dá)每秒0.04英寸(約合0.1厘米) &<#/&Pq/i
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每天對(duì)這樣一個(gè)碎屑天體進(jìn)行持續(xù)1~2小時(shí)的激光照射，將足以使其每天移動(dòng)約650英尺(約198米)。盡管這可能還不足以將其直接推離軌道，但是初步模擬試驗(yàn)顯示這至少可以避免50%以上的碎屑撞擊事件。 ^JiaR)#r
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事實(shí)上在此之前，美國(guó)宇航局的科學(xué)家們就曾提出過用激光器對(duì)付太空垃圾的想法。但當(dāng)時(shí)的想法是使用軍用級(jí)別的高功率激光器對(duì)碎屑進(jìn)行直接摧毀，或部分加熱碎屑表面，使其部分蒸發(fā)，形成一股反推力，從而使其改變軌道。但該科學(xué)小組表示，這一想法存在嚴(yán)重的缺陷：首先這種想法所需的超大功率激光器極其昂貴，費(fèi)用是無法承受的，另外，這樣做幾乎肯定會(huì)引起其他航天強(qiáng)國(guó)的猜疑，他們會(huì)想：美國(guó)人究竟在干什么？他們的激光器瞄準(zhǔn)的真的只是太空垃圾嗎？ J J*0M(GG
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而新想法中將要用到的激光器和工廠中用來焊接和切割汽車鋼板的激光器沒有什么兩樣。每臺(tái)這樣的激光器都可以在市場(chǎng)上買到，價(jià)格大約是80萬(wàn)美元。剩下的望遠(yuǎn)鏡引導(dǎo)系統(tǒng)的價(jià)格在數(shù)百萬(wàn)到數(shù)千萬(wàn)美元之間，這取決于你準(zhǔn)備新建一臺(tái)專門的望遠(yuǎn)鏡還是利用手邊現(xiàn)成的設(shè)備，比如空軍設(shè)在夏威夷毛伊島的光學(xué)觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡設(shè)備，或設(shè)在澳大利亞斯特姆洛山(Mt. Stromlo)的觀測(cè)臺(tái)。 ,2E`:#$
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“這樣做避免了復(fù)雜的技術(shù)問題，并且節(jié)約了大量開支，還可以大大降低其他國(guó)家對(duì)于此舉的猜疑和顧慮�！辈既R恩·維登(Brian Weeden)說。他是太空安全專家，同時(shí)也是“安全世界基金會(huì)”(Secure World Foundation)的技術(shù)顧問。他說：“這種想法當(dāng)然非常有趣了�！� ~4}*Dhsh
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但他同時(shí)也警告說：“我不認(rèn)為這是長(zhǎng)久的解決方法。這種做法只能給我們爭(zhēng)取一定的時(shí)間，但我認(rèn)為這不能用來代替最終清理這些垃圾，以及最終停止產(chǎn)生新垃圾的措施�！� deHY8x5uI
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而作為“凱斯勒癥候群”之父，凱斯勒本人對(duì)此也深表贊同。他同時(shí)還指出，光靠激光的光壓可能并不足以推動(dòng)較大的太空垃圾。他說：“唯一的解決方法是防止地球軌道上再次發(fā)生大型物體的相撞事件�！�
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