2020年1月6日，美国太空探索技术公司用一枚“猎鹰9”火箭将第三批60颗“星链”卫星送入太空，

继续搭建其全球卫星互联网

    哪里是太空垃圾最终的归宿？未来人们是否会面临被从天而降的太空垃圾砸中的风险？

文/苟利军 冯叶

编辑/张海鑫

　　据英国《每日邮报》及澳大利亚广播公司报道，8月1日，来自美国太空探索技术公司（SpaceX）宇宙飞船上的多块太空垃圾在澳大利亚被发现，其中一块达3米长，在击中了一位农民的农场后发出巨大爆炸声。这件“天灾”事件引起了广泛的关注。

　　类似的事情其实不是第一次出现，今年7月，SpaceX载人龙飞船的金属残片就曾掉落到澳大利亚新南威尔士州东部的田地里。甚至今年3月初，一枚导弹的残骸坠落到月球表面。此外，年初，SpaceX的“猎鹰9”火箭曾一次性发射了49颗“星链”卫星，但其中有40颗不久后就脱离了预定轨道成为太空垃圾，潜在的危险不言而喻。

　　随着科技发展的日新月异，各国越来越多的卫星、火箭和探测器升空，接踵而来太空垃圾隐患，已经成为人类再也无法逃避的问题。

　　哪里是太空垃圾最终的归宿？未来人们是否会面临被从天而降的太空垃圾砸中的风险？这种“飞来横祸”的概率有多大？如果真的被太空垃圾砸中，受害者又应该找谁追责和索赔？

超4500吨垃圾环绕地球

　　维基百科中对于太空垃圾是这样定义的：太空垃圾，是指代那些环绕地球运动，但是已经不再具备任何用途的各类人造物体，其中包括因寿命终结而报废、因事故和故障而失控的人造卫星，发射各类航天器的运载火箭及其上面的部分零件，多级火箭分离产生的碎片，大块碎片相互撞击后产生的小碎片，还有宇航员遗落的手套和工具器材，诸如此类。

　　太空垃圾是一个与宇宙尘埃和流星体截然不同的概念，后者是由天然岩石、矿物质和金属组成的复合物。太空垃圾的存在不仅威胁着航天器的寿命和在太空中作业的宇航员们的生命，而且倘使它们重返地球，也将会给地球带来安全隐患。

　　自从苏联发射了人类历史上第一颗人造卫星——斯普特尼克1号以来，迄今为止全世界已经展开了超过4000次空间任务，随之而来的是在太空中遗留了大量的垃圾。虽然这当中的大部分太空垃圾已经重新掉入大气层内并最终烧毁，但仍有超过4500吨重的垃圾留在绕地轨道上。其中最有名的是已报废的美国先锋1号卫星，该卫星于1958年发射，现已成为在太空中停留时间最长的垃圾。此外，美国和苏联在20世纪60、70年代进行的一系列反卫星武器试验，也是造成太空中垃圾堆积的主因。不过在两国政府逐步意识到太空垃圾带来的严重后果后，随即终止了绝大多数的计划和试验。

　　在2020年，就有超过60%的低地球轨道发射导致火箭体被遗弃在轨道上。这些遗留物在轨道上停留数日、数月甚至数年，对运行中的卫星构成了碰撞危险。甚至在发生碰撞或残余燃料爆炸的情况下，它们还可能碎裂成数千块较小但仍有潜在破坏力的空间碎片，给卫星带来更多危险。

　　除却这些因素，科学家们还提出了一种新的理论，称作“凯斯勒现象”。这种理论认为，太空中的垃圾有概率会和正在正常运行的卫星相撞，从而碰撞出新的碎片。这些新的太空垃圾会加剧原有的问题，产生连锁效应。甚至当太空垃圾的密度达到一定程度时，它将充斥在地球临近轨道周围，严重阻碍人造卫星的运行。

未烧完的碎片

　　太空垃圾受到大气层的阻力，加之它们没有动力系统的调节，速度会不断降低。当它们的速度降到一定程度之后，就无法在太空中维持绕地旋转，从而最终掉入大气层。在坠落的过程中，它们的重力势能会转化成为动能，坠落的速度不断加快，且随着高度的降低，空气的密度也在变大，这些碎片与空气产生剧烈摩擦，从而发生燃烧，并在坠落到地面之前燃烧殆尽，这基本上是大多数太空垃圾的最终归宿。

　　但如果太空垃圾的体积过大，在坠落到地面之前就可能无法燃烧殆尽，大部分未烧完的碎片会坠入大海，比如美国国家航空航天局（NASA）于1991年发射的一颗伽马射线波段的天文卫星——康普顿伽马射线天文台（CGRO），在其运行了9年之后，NASA指引其展开一连串的点火任务，最终在2000年6月4日引导其坠入地球大气层，在太平洋上空烧毁，残片最终掉落在夏威夷西南方向的指定海域。

　　事实上也并不能排除会有太空垃圾坠落在其他位置的情况出现，只是通常这种风险被认为是可以忽略不计的。不过，这种低风险的事件一旦发生后果将不堪设想，比如火箭的碎片坠入高密度的城市或撞击了大型的客机，这时即便只是一小块碎片也会造成数百人的伤亡。

　　这种风险有多大呢？国际上，目前尚没有一个明确和被广泛认同的风险阈值。2010年的联合国《空间碎片减缓准则》表示重新返回地球的航天器不会对人或财产带来过度的风险，但并没有对“过度”的程度进行数值化的界定。2018年联合国《外太空活动长期可持续性准则》呼吁各国政府要积极处理与太空垃圾失控重返地球的相关风险，但也并没有规范说明需要如何处理。只有1972年的《空间物体所造成损害的国际责任公约》规定，发射国对其发射的航天器在地球表面或行驶中的飞机造成的危害负有绝对的赔偿责任。此外，美国联邦通信委员会（FCC）今年9月9日最新发布的一项提案要求，运营商需要对其报废的卫星及时进行处理，规定的期限是需要在卫星停止运行的5年内解决掉这些遗留物，以免造成空间中大量垃圾的积累。

南部国家风险更高？

　　英国《自然·天文学》杂志曾公开发表一篇文章，称科学家们根据已公开发布的火箭发射报告，结合被遗弃在轨道上的火箭残骸的数据，计算出火箭残骸再入大气层造成的预期伤亡人数与纬度的大致关系。该研究发现，火箭发射和返回的分布所产生的风险主要由生活在南部的人们承担。

　　科学家们还对未来火箭残骸重返大气层的风险用两种方式进行了模拟，尽管方法不同，但这两种方法得到的结果相似，他们认为，如果不对火箭残骸重返地球进行控制和约束，在十年内有10%的概率会造成一个或多个人伤亡。

　　同时，科学家们推断，火箭残骸再入大气层的风险与位于赤道附近的地球同步轨道的发射数量有关。因此，与主要航天国家相比，位于世界南部的国家面临火箭体再入的累积风险要高得多。参照目前在轨的火箭体数量，和雅加达、达卡、墨西哥城、波哥大和拉各斯等纬度类似的国家和地区，面临火箭残骸再入的可能性至少是华盛顿、纽约和莫斯科的3倍。

　　也可以说，发达国家的活动所带来的风险大多由发展中国家的人群承担着。与此同时，世界南部国家的建筑物通常并不具备较强的防护能力。据统计，世界南部国家大约80%的人口生活在没有保护或保护程度较低的建筑结构当中，这些建筑对抵抗高速坠落的碎片的保护非常有限。

回收难题

　　这些经年累月积累下来的太空垃圾分布在不同的绕地轨道上，所以很难统一回收或控制，主要的应对方法就是对它们进行观测和追踪。空间警戒系统由此而产生，专门用来监测地球附近的太空垃圾。比如美国全球空间监视网（SSN）、俄罗斯空间监视系统（SSS）、日本美星太空护卫中心（BSGC）等都在实时监测太空中的垃圾。

　　现有的对太空垃圾进行外力销毁的方法，主要是通过来自太空的高能激光或太阳能摧毁它们或使其减速，或在其绕转地球的轨道上设置一些装置使其减速并自毁。

　　此外，允许火箭残骸以受控制的方式重返大气层，越来越成为一种选择。有控制地从轨道返回需要可以重新点火的引擎，在这一条件下，火箭发射商们能够将火箭残骸引向远离人口密集的地区，通常会选择引导其落入一个偏远的海域。当然，这就需要在火箭发射时为其配备额外的燃料。

　　（苟利军系中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学教授；冯叶系中国科学院国家天文台博士研究生）

来源：2022年10月5日出版的《环球》杂志 第20期

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