中科院披露中美火箭残骸碰撞事件
新闻来源: 南方周末 于 April 28, 2005 12:35:10
这是一起令人关注的太空撞车事件，现场在南极上空885公里处。肇事的双方一个是在太空中默默运行了31年的美国火箭废弃物，一个是中国6年前发射的长征四号火箭残骸，碰撞时间在今年1月17日。
美国国家航空航天局（NASA）的官方网站在3个月后用一种忧心忡忡的语气公布了这次看似偶然的碰撞。
4月20日，本报记者从中国科学院空间环境预报中心获得了此次碰撞的更多信息。
他们提供的一份数据显示，中美火箭残骸碰撞瞬间的相对速度为每秒5.73公里，碰撞结果是：长征四号火箭残骸的近地点轨道下降了14公里，美国的火箭废弃物则被当场撞碎，一分为四。
这是迄今通过轨道计算确认的第三起大碰撞事件。中国科学院空间环境预报中心主任龚建村说，“在太空中发生碰撞的概率很小，但一旦撞上，就是毁灭性的。”
并不意外的撞击
在龚建村负责的部门，有一个小组专门从事空间碎片的预警，这个小组同时也承担了“空间碎片行动计划”的课题，为我国载人航天工程及时发布空间碎片碰撞警报。
在获悉中美火箭残骸发生碰撞后，这个小组的组长刘静博士立即核实了两个目标的轨道，发现它们的交会点只相距0.08公里，确实是在碰撞范围之内。
“空间碎片行动计划”首席科学家都亨相信，NASA是在第一时间捕获到了这次碰撞。他曾经在2月17日收到一份来自美国约翰逊空间中心空间碎片计划办公室的电子刊物———2005年第二期《空间碎片季刊》，里面就披露了一些这次碰撞的信息。
参与肇事的中国火箭残骸是一枚长征四号火箭第三级解体后产生的碎片，在NASA的空间碎片数据库里，它的编号是“26207”。
“26207”原本是长征四号运载火箭上极小的一块，面积只有0.06平方米。1999年10月14日长征四号把“风云一号”气象卫星送入太空，星箭分离后第三级被遗弃在自己的轨道上，但是它的燃料贮箱里还剩有一些推进剂。2000年3月11日，这些推进剂意外混合发生爆炸，产生了316个碎片，其中之一便是“26207”。
美方的火箭残骸有1平方米大小，在NASA的编号为“07219”，它是1974年3月16日雷神火箭推进器（Thor Burner 2A）的遗弃物，靠近末级的上面部位，当时这枚火箭是把一颗军事卫星送入预定轨道。
两个个头并不算大的物体都具有超级速度———每秒7.9公里，在缓慢变化的轨道上绕地球高速运转，直至今年1月17日相撞。
“这次碰撞是很重要的一个事件，但我们并不感到意外，”都亨说，“它不是第一次，也不会是最后一次。”
在他收到的2005年第二期《空间碎片季刊》里，NASA还通报了一起事后通过轨道计算才发现的碰撞事件。1991年12月底，俄罗斯一颗已经失效的卫星“宇宙1934”撞上了本国另一个航天器“宇宙926”释放出来的一个大碎片，前者一分为二，后者一片零碎，以至无法跟踪。
最严重的撞击，也就是航天界第一个确认的撞击发生在1996年7月24日，肇事者是一块美国“阿丽亚娜”火箭的残骸，它以每秒14公里的相对速度撞断了法国一颗正在工作的电子侦察卫星的重力梯度稳定杆，后者立刻翻滚失效。
雪崩效应
令航天专家头疼的是，每一次撞击并不能让碎片互相湮灭，而是产生更多碎片，而每一个新的碎片则又多了一个新的碰撞危险源。
“如果空间碎片多到一定程度，达到临界密度，就会发生雪崩效应。”都亨说。
大约在30年前，航天专家就预言发生雪崩效应的那一天会很快到来，届时新的航天器将无法进入1000公里以下的近地轨道空间。在都亨看来，尽管现状要比原先的估计较为乐观，“可能没有那么快，但是从长远看，这个危险始终存在。”
NASA在通报上述三起碰撞事件的同时披露，现在每天都有近百个编目物体之间的最小距离都在1公里之内，属于可能发生碰撞的危险物体。这些收编在NASA数据库中的物体，都是直径在10厘米以上的大碎片。
他们发出警告，如果以后飞船和火箭在任务结束后不从低轨道除去，那么本世纪发生偶然碰撞的概率还会大大增加。
为对付这些空间物体，NASA的官方网页介绍说，他们在1960年1月1日成立了空间监视控制中心，目前这个中心在全球16个地点设有观测站，拥有12台可用于深空探测的光电望远镜、6台机械跟踪雷达和6台相控阵雷达，最小能跟踪到1厘米的空间物体。
其实空间碎片的观测只是这套空间监视网络的一个附带功能，它的主要用途是导弹预警。事实上，所有的监测数据都是由美国空间司令部（USSC）首先处理，不保密部分才通过NASA在其网站上公开发布。
中国科学院空间环境预报中心的专家曾经在2000年应邀参观过USSC设立在科罗拉多州夏延山的预警中心，看到“整座山体都被掏空了，设计可以防止核弹袭击，铁门就有几十公分厚”。而给他们印象最深刻的，就是这套空间监视网络，“一年365天，一天24小时不间断运行。”
由于地球引力场的不对称和空间环境的扰动，所有的空间物体，包括在轨运行的航天器和已经失效的航天器、运载火箭解体后产生的碎块以及航天员执行任务后抛弃的绳索等各种垃圾，都不会严格按照固定的轨道运行。都亨说，只要直径在10厘米以上的，USSC把它们一并编号监控。
根据USSC在今年4月11日公布的数据，俄罗斯在这个数据库里占有4062个“席位”，排名第一；紧接其后的美国，数目是3945个；中国以351个排名第三。被USSC登记在案的，总共有9494个监控目标。
这个数字比去年同期又增加了200多个。实际上，从1957年发射第一颗人造地球卫星以来，USSC的数据库就差不多以每年200个的速度一直在扩容。
空间安全无国界
10厘米以下的空间碎片数量更为庞大，都亨估计，它们的总数量超过4000万，总重量达到几百万公斤，“一个10克的小物体，如果撞上卫星，相当于在高速公路上两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞———卫星会在顷刻之间被打穿或被击毁。”
甚至微米级的“尘埃”也不容忽视，它们不仅能造成航天器光学镜头的“磨砂”，还能改变航天器表面的辐射性能甚至更严重的故障。
一个经典的事例发生在1983年6月18日升空的美国“挑战者”号航天飞机上，当时它左侧的一处舷窗被一块只有2微米宽的含钛油漆碎片撞到，当即在舷窗上留下了一个4毫米直径的深坑。而航天员恰好注意到了这个坑，立即向地面指挥中心汇报了损伤。
几乎每一次航天飞机返回，地面工作人员都能发现它身上的“累累伤痕”。截至2001年，美国就因为空间碎片的撞击而更换了80块航天飞机的舷窗，而替换一块舷窗的费用需要5万美元。
“如果载人的航天器被10厘米的碎片撞到，结果将是灾难性的。”都亨说，“对于这样大的碎片，惟一的办法就是预警躲避，让航天器临时变轨。”
根据公开的资料，为了规避可能的碰撞，“和平号”空间站曾经两次点火加速飞行；美国的航天飞机也有6次变轨记录。
我国也采取过规避策略。最初预定在1999年11月18日发射“神舟”一号飞船，为了躲避当日“狮子座”流星雨爆发的高峰，不得不推迟到11月20日发射。他们采纳了中国科学院空间环境预报中心提交的报告，“推迟两天发射，与流星体碰撞的概率将减小到峰值的1／1000。”
在“神舟”五号载人飞船预定的发射窗口内，预报中心再次发布了三个预警时段，分别为第4、8和32分钟。其中在第8分钟，一块大碎片的最接近距离仅为18公里。龚建村回忆，实际上“神舟”五号选择在发射窗口的第一分钟就打了出去。
不过，在轨航天器的实时预警在我国依然是一个难题。虽然在软件方面有自己的积累，但是硬件“与美国相差太大”。
由于轨道测算模型存在一定的误差，预测精度只能在一定的时间里维持，因此必须通过实际观测不断更新数据库里每个监控目标的参数。据都亨介绍，我国目前用于空间碎片监测的硬件设备有限，还无法建立自己的数据库。而原本作出共享姿态的NASA，最近突然关闭了它的数据库。
“我们呼吁他们开放，像SARS一样，这也是一个无国界的安全问题。”他说。一个显而易见的道理是，谁撞了都不会带给你任何好处，结果只是在空间增加更多的碎片。
