地球被太空残留物包围 航天器受到致命威胁

地球被太空残留物包围 航天器受到致命威胁  [转贴]

转自：空间环境预报中心   http://www.sepc.ac.cn/

　　　　　　地球被太空残留物包围

　　2004年04月06日 10:30 新浪科技 http://www.sina.com.cn

　　新浪科技讯 据美国宇航局太空网报道，现在，许多国家掀起了新一轮太空探索热，当一枚枚火箭把一个又一个宇航飞船送入太空时，科学家们需要克服一个又一个技术难题，同时又不得不正视一个现实：苏联发射的核动力军用卫星泄漏在太空的放射性水珠，这些水珠在太空中高速运行，对其它航天器的安全构成了极大的威胁。


　　航天器安全受到威胁

　　据最新解密的材料披露，前苏联的雷达海洋侦察卫星(RORSAT)在飞行过程中向太空泄漏了水滴状的液化钠钾反应堆冷却剂。这类卫星(目前已不再发射)靠载有的核反应堆向巨大的雷达抛物面天线供电，使其昼夜不停地跟踪监视地球上的海洋情况。当雷达海洋侦察卫星完成值勤任务后，反应堆的燃料芯就会被弹射到距离地球很远的“废弃物轨道”。一旦进入这个轨道，卫星的这些供电单元要再次进入地球大气层的话，至少需要几百年时间。

　　然而，在将燃料芯弹射出卫星体外的过程中，有一个直接的问题困扰着卫星设计人员，这就是，卫星的非封闭式反应堆会导致其中的液化钠钾冷却剂颗粒泄漏到轨道中，造成太空污染并危及其它航天器的安全。

　　自前苏联1967年开始发射雷达式海洋侦察卫星，到1988年停止发射，总共是21年时间。美国地面雷达记录的数据表明，在前苏联所有31个雷达海洋侦察卫星核反应堆中有16个在燃料芯弹出卫星体后将钠钾冷却剂弃入“废弃物轨道”。

　　美国国家航空航天局约翰逊航天中心(NASA JSC)的轨道残留物研究专家保罗·克利斯科指出，专门研究轨道残留物的最新研究报告显示，早在10年前专家们就在太空中发现了钠钾颗粒。克利斯科解释说，美国国家航空航天局的雷达经过严密的跟踪观察不仅发现了这些颗粒，而且还发现它们在不断地撞击飞行美国在太空的“长期探索航天器”。“长期探索航天器”(LDEF)在太空中飞行了5年多的时间，于1990年被“哥伦比亚”号航天飞机拖出轨道并安全返回地球。

　　太空中的“不素之客”

　　克利斯科指出，一份关于钠钾颗粒的研究报告估计，围绕地球飞行的钠钾颗粒体积大小不等，数量约在110000至115000个之间。她说：“实际上，这个数量就是危害近地球轨道飞行的航天器安全的轨道残留物的精确数量。”

　　第一个提出苏联卫星非封闭式反应堆问题的是美国国家航空航天局的唐·凯斯勒。他从事人造太空垃圾的科学研究已有40多年，其中大部分时间在国家航空航天局约翰逊航天中心工作，专门探索轨道残留物问题，现在是北卡罗莱纳州阿什维尔市的轨道残留物和流星问题顾问。

　　1995年，凯斯勒和他的同事们首次报告了前苏联雷达式海洋侦察卫星轨道残留物问题，现在的情况跟原来相比有了很大的变化。他说：“这个问题现在已被所有的人接受，即使是俄罗斯人对此也不再否认。苏联海洋侦察卫星泄漏放射性钠钾颗粒的事情已经成了世界轨道残留物问题的典型案例。”

　　美国国家航空航天局发现太空漂浮微粒的主要手段是麻省工学院林肯实验室的“干草垛”(Haystack)雷达。按照与美国空军达成的协议，这个实验室自1990年起用“干草垛”雷达为国家航空航天局收集有关轨道残留物的数据。凯斯勒花费了大量心血对“干草垛”雷达探测到的特高密度小物体进行了研究，发现这些高密度小物体在距地球850-1000公里高度的轨道上高速运行。

　　凯斯勒说：“我们发现太空中有一些陌生物的第一个线索是在距地球约900公里的高度有一些高密度的小东西，这用爆炸理论来解释显然行不通。”他认为，爆炸会使这些物体扩散到更大的高度、更大的范围，而不应该这么集中。他后来又强调，“这些小物体的密度如此之高——不管它究竟是什么物质——它都会对在这高度上飞行的航天器产生巨大的威胁，即使是今天，也是如此。”

　　早期的工作主要是在“小东西”经过“干草垛”雷达发出的波束时简单地计算出物体数量以对周围环境进行取样。凯斯勒认为，这样做的好处在于研究人员能够运用统计学原理对小得多的物体进行环境取样，使残留物的飞行高度和径向速度得以精确测算。但是，凯斯勒认为至于“小东西”的大小和运动方向经过粗略测算即可确定。

　　出台“凝视-追寻”计划

　　当美国国家航空航天局要求麻省工学院制定一个名叫“凝视-追寻”计划，跟踪一些体积较大的物体并确定其飞行轨道的时候，证明这些残留物存在的最终证据终于找到了。凯斯勒说：“我们充分利用了雷达得到的所有信息，再加上其它方面的信息，最后确定了这种物质。”他在SPACE网站上发表评论说，国家航空航天局在以后的工作中利用雷达追寻到的钠钾颗粒经甄别和计算共有360磅约合165千克——这比他原来估计的数量要大。

　　意大利国家电子计算中心的研究人员亚里山德拉·罗西在1997年关于前苏联海洋侦察卫星核残留物泄漏问题的报告中又提及了另外一个事情。罗西在报告中指出，尽管钠钾颗粒泄漏已被确定系一种现在已不再发射的卫星所为，但是残留物的影响一直存在。

　　美国国家航空航天局约翰逊航天中心轨道残留物项目办公室的项目经理兼首席科学家尼古拉斯·约翰逊说：“这个事情现在已经是清清楚楚且众所周知了。”他解释说，在距地球900公里高度的轨道上存在着大量的钠钾颗粒，其中最大的颗粒直径有5-7厘米。

　　这些颗粒已经被美国空间侦察网进行了认真的分类并每天都通过雷达进行跟踪观察。经过多年的跟踪研究，尼古拉斯·约翰逊发现绝大多数钠钾颗粒的体积极小，直径小于2.5厘米。他在美国SPACE网站上发表评论说：“尽管这些颗粒已经到了近地球轨道，但是它们的能量削减并不快。我们必须要认识到，这些颗粒对于其它航天器具有潜在的机械破坏性，正如其它规模大小差不多的常规物体残留物一样。”

　　钠钾微粒具有放射性吗

　　现在，对于前苏联雷达式海洋侦察卫星反应堆冷却剂的传奇故事又多了一个疑问--这些微滴具有放射性吗？任何物体，不论体积大小——脱落的油漆斑沫或者放射性微滴——当围绕地球高速运行时，都会对人工操作或自动驾驶的航天器构成安全威胁。况且，这些钠钾颗粒最终将急速俯冲到高层大气层中，它们对有关航天器的威胁就可想而知了。

　　多年来一直从事核放射问题研究工作的威斯康星大学工程学院的吉拉尔德·库尔辛斯基教授认为，当海洋侦察卫星运行过程中，钠钾冷却液毫无疑问是具有很强的放射性的。在这一过程中，会产生钠-24及其同位素和氩-39等物质，这些物质都具有很强的放射性。钠-24的放射性留存期极短，而氩-39的放射性半衰期却长达270年之久。

　　然而，我们根本不可能立即知道到底有多少氩-39的同位素被封存在钠钾冷却剂颗粒中。要想知道这个情况，我们必须要等拿到有关海洋侦察卫星反应堆的技术资料之后，才能得以了解。另外一个不可知的因素就是，在钠钾冷却剂中到底还存在着何种杂质。

　　凯斯勒认为，钠钾颗粒还不过是一个“短暂的事情”，但另外一个事情却让不能不让我们长期提心吊胆——我们处在一个受太空放射性颗粒威胁的关口上。也就是说，在今后50年或更长的时间里，由于太空中各种残留物的碰撞而不断产生大量的飘浮颗粒，并且留存在太空中，这就形成了对各种各样的航天器的飞行隐患。

　　凯勒斯说：“我们已经开始观察这个事情，不仅从类似钠钾冷却剂颗粒中，而且从固体火箭发动机遗弃的大量的厘米至微米规模的物体、航天器表层脱落的漆班、美国空军通信测试用的铜指针以及太空爆炸的碎片等物体中，都观测到了大量的残留物。”

　　“从长远来看，撞击产生的碎片仍然是主要问题，而且由于代价极大不易控制。”凯斯勒说，“如果我们不能解决这一问题，那么，即使其它物质都消除了，撞击产生的碎片也会导致残留物环境，我们的航天器就无安全可言，实际上，我们现在就处在这样一个危险的关口上。”(编译／任秋凌）

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