太空垃圾是什麼？怎樣應對它你知道嗎

藝術家所描繪的一團密集的太空碎片雲可能的模樣。

據歐洲航天局（ESA）稱，目前有超過 1.7 億塊太空垃圾正在繞地球軌道運行。但這些碎片究竟是什麼，又是怎麼到那兒的呢？太空垃圾的積累是不是個問題？如果是，我們能夠清理它嗎？繼續閱讀，在 ExtremeTech 有關太空垃圾的獨家報道中找到這些問題（以及其他問題）的答案。

當專家使用“太空碎片”這一術語時，他們指的是曾經用於太空探索並留在軌道上的人造材料碎片。這些材料沒有重新進入地球大氣層並燃燒成碎片，而是滯留在太空中，等待着能方便地撞向地球或者等來太空垃圾回收任務。雖然小行星在和其他自然天體碰撞時可能會產生碎片，但是太空垃圾幾乎總是指那些要是沒有人類干擾就不會出現在太空中的東西。

我們人類無論何時何地都喜歡施加自身的影響，太空也不例外。因此，我們發射到太空或留在太空的垃圾種類繁多。以下是一些最常見（也是最成問題）的太空垃圾類型。

每項任務都有個期限。要是一切都按計劃來，等任務完成，相關太空設備燃料也耗盡了，這個期限就到了。

先鋒 1 號疊加在太空圖像上。

就拿先鋒 1 號來說，這是美國海軍 1958 年發射的一個閃閃發亮的金屬球，爲的是迴應蘇聯的人造衛星 1 號和人造衛星 2 號。作爲第一顆靠太陽能電池供電的衛星，先鋒 1 號提供了有關地球形狀和大氣密度的早期數據，一直到 1964 年先鋒任務結束。70 多年過去了，先鋒 1 號還在繞着地球轉，並且保持着在太空中停留時間比其他任何人造物體都長的紀錄。專家估計，這顆退役衛星至少在幾百年內不會重新進入地球大氣層。

很難把這麼一段可愛的太空歷史想成是垃圾，可那些早就過了退役日期的衛星在人類製造的太空碎片裡佔了很大一部分。在目前繞着地球運行的大概 29000 塊大於 10 釐米（3.9 英寸）的太空碎片中，大多數是衛星或者跟衛星有關的。先鋒 2 號——先鋒 1 號的姊妹衛星——在其爲期數天的任務結束後仍留在軌道上；預計它將在太空中停留 300 年。加拿大的第一顆衛星，阿盧埃特 1 號，儘管在 20 世紀 70 年代退役，但已經在軌道上運行了 50 多年。

現代衛星在退役後也繼續繞地球運行：2018 年開普勒太空望遠鏡燃料耗盡後，美國國家航空航天局結束了該任務，但將航天器留在軌道上，而美國國家海洋和大氣管理局的 NOAA-19 儘管其任務在 2016 年結束，但仍繼續繞地球運行。

對日益嚴峻的太空垃圾問題有重大“貢獻”的還有用過的火箭級。歐空局估計，在已編目的太空碎片中，11%是上級火箭，它們對於將衛星和其他航天器送入軌道至關重要。一旦這些火箭部件完成任務，它們通常會留在近地軌道（LEO）、中地球軌道（MEO）或地球靜止軌道（GEO），這取決於它們所參與的任務。

和衛星類似，在太空中漂浮的上面級差別很大，涵蓋了從 SpaceX 的“獵鷹 9 號”的部件到蘇聯時期質子火箭的上面級等各種情況。

藝術家描繪的太空中火箭體爆炸的情景。

道理很簡單：繞地球軌道運行的東西越多，其中一些物體與其他物體發生碰撞的可能性就越大。

軌道上衛星和火箭體的爆炸也會產生碎片殘骸。通常來說，這是由於航天器的油箱或燃料管線中存有殘留燃料，在航天器的惡劣環境中經過些許衰變後被點燃。

這些爆炸增加了目前在太空中漂浮的1.7 億件1 毫米大小的碎片。這意味着，雖然我們這個天體“社區”垃圾的總質量或許保持不變，但其分佈得更廣了，如果人類不加以干預，碰撞必然會繼續。

誠然，人類排泄物在太空碎片中所佔比例很小，但我們還是不能不提。宇航員不能僅僅因爲他們正在實現曾經難以想象的事就暫停正常的身體機能，況且所有這些糞便總得有去處。

其中一些裝在袋子裡的已經在月球上放置了約半個世紀，這得歸功於阿波羅 11 號的宇航員以及之後的月球漫步者。

其他人類排泄物包裹從國際空間站（ISS）排出，之後如果一切依計劃進行，它們在重新進入地球大氣層時會燃燒。

所以，太空垃圾會產生更多的太空垃圾。但我們爲什麼要關心呢？畢竟，如果它在上面，而我們在下面，爲什麼太空碎片是我們的問題？

首先，正在運行的航天器與太空碎片之間的每一次潛在碰撞都會增加該航天器發生故障的風險。這一點在 2016 年變得清晰明確，當時一塊 1 毫米的碎片擊中了哥白尼“哨兵 - 1A”衛星的太陽能電池板。雖然該衛星在撞擊中倖存下來——哥白尼團隊觀察到功率有小幅但暫時的下降——但太空機構不能再忽視它了：太空垃圾對正在進行和未來的太空任務構成了現實威脅。

碎片也會干擾太空中的人類活動。今年夏天，在俄羅斯已報廢的“資源 - P1”衛星裂變成一團危險的碎片後，國際空間站上的宇航員被迫躲在各種對接的航天器裡。這不是國際空間站機組人員第一次就地避難；由於逐漸失效的衛星，自 2009 年以來，宇航員和航天員大約每兩年就得在對接的航天器裡躲避。

2024 年國際空間站的碎片砸穿了佛羅里達州一位居民的屋頂。

此外，太空垃圾並不總是留在太空中。2024 年 4 月，一塊來自國際空間站的碎片穿過地球大氣層，砸穿了佛羅里達州一位居民房屋的屋頂，還有樓上和樓下。產生這些碎片的供應托盤本應在重新進入地球大氣層時燃燒殆盡，但一塊 1.6 磅重的金屬倖存了下來。雖然房主和他的兒子沒有受傷，但房屋的損壞肯定代價高昂，隨後正在進行的法律程序將確定太空機構對太空垃圾對普通公民的影響應承擔的責任程度。

能摧毀屋頂的太空垃圾碎片可能不會經常從天而降，但防止類似事件在未來發生符合太空機構和私營太空公司的最大利益。當然，做到這一點的一種方法是確保朝向地球大氣層的碎片在重新進入時實際上被氣化。但減少我們拋入太空的垃圾數量——或者改變垃圾的構成——也將降低重新進入問題發生的頻率。

在一小塊碎片擊中“哨兵 - 1A”後，歐洲航天局宣佈，是時候認真對待清除和防止太空垃圾的累積問題了。太空機構開始考慮要求各組織使退役衛星脫離軌道的想法；當時美國國家航空航天局建議退役衛星在退役 25 年後脫離軌道，但對於不遵循其指導的組織沒有處罰。

2022 年，美國聯邦通信委員會（FCC）出臺了一項規定，要求各組織在任務結束後的 5 年內使衛星脫離軌道。（我們報道該規定時，它還只是一項提案；此後已確定爲具有法律效力的規定。）讓衛星脫離軌道意味着迫使它在地球大氣層中燃燒完。與讓設備留在軌道上直到有東西將其推向地球相比，使衛星脫離軌道能讓負責的航天組織控制衛星重新進入大氣層的方式，從而降低殘存碎片落在不該落之處的可能性。

地球靜止軌道上衛星的圖示。

FCC 的規定僅適用於在美國境內運營的組織。而且它也不具有追溯效力。這就意味着，要是沒有干預，大量的太空垃圾會繼續在太空中飄着。爲了緩解這一問題，從歐洲航天局和美國國家航空航天局到史蒂夫·沃茲尼亞克自己的航天公司，一些組織正在致力於創建太空垃圾清除任務。在某些情況下，各個組織打算用激光把碎片推向大氣層，這種做法被叫做“及時碰撞避免”。在另外一些情況下，一個巨大的爪子會直接把垃圾從太空中拽出來。雖然這些任務仍處於早期規劃和測試階段，但它們充滿希望——事實上，日本太空可持續發展公司 Astroscale 的一個此類項目在 2024 年夏天成功捕獲了其第一塊太空垃圾。

最後，一些研究團隊正在研究在重新進入地球大氣層時能更可靠燃燒的衛星。例如，日本的研究人員在 2024 年初推出了 LignoSat，這是世界上第一顆木質衛星；今年秋季的試運行會揭示這顆實驗衛星的實際效果怎麼樣。