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轨道碎片——太空中的垃圾(2)

http://military.china.com 2005-06-13 11:17:25 【大中小】

　　位于阿拉斯加的“丹麦眼镜蛇”(Cobra Dane)相控阵雷达可以跟踪尺寸5厘米以上的碎片，为美国的空间目标编目提供了充足的信息。位于加利福尼亚州巴斯托附近的“砂金石”(Goldstone)雷达。由相距497米的发射机和接收机组成，发射机天线直径70米、接收机天线直径35米，能检测到轨道高度低于1000千米、尺寸大于2毫米的碎片。

　　光学望远镜更容易检测到高轨道的碎片。NASA曾使用过2部光学望远镜对碎片进行观测：直径3米的液体镜面望远镜(LMT)和装配0.3米施密特相机的CCD碎片望远镜(CDT)。LMT是在抛物面上放置呈流动状的水银并以10钟的速率旋转，利用重力和离心力形成液体反射镜面。它于1997~2001年获得大约1322小时的观测资料，2001年1 2月拆除。CDT是12.5英寸孔径的施密特移动式望远镜，可观测到静止轨道上尺寸为0.8米的碎片(假设星登陆叹)。它于1997~2001年进行了1954小时的观测，2001年12月停用并保存，等待下一次定点观测计划。目前美国仍在使用的光学望远镜有密歇根轨道碎片测量望远镜(MODST)和米量级自主望远镜(MCAT)。
　　

　　很多碎片能够被观测却无法跟踪、确认，因此未进行编目。根据经验，能够监测到并进行编目的轨道碎片的直径，低轨道一般大于10厘米，高轨道要大于l米。小于1毫米的亚毫米碎片很难被地基雷达和光学望远镜检测，天基观测是确定亚毫米碎片的唯一手段。具体办法是检测返回航天器的表面，对在轨碰撞进行分析。这就是我们下面要详细介绍的一种方法：

　　碎片的真实碰撞分析
　　
　　在轨航天器难免会与碎片微粒和微流星体发生高速碰撞，在表面形成许多类似弹坑的凹陷。对返回航天器的表面进行分析，可以确定碎片的来源及速度。此外，凹陷内的残留物可以用来分析碎片的化学成分。可以用于碎片分析的有：
　　

　　“长期暴露装置”
　　
　　NASA设计的“长期暴露装置”(LDEF)被用来提供长期空间环境数据，包括微流星体和轨道碎片的数量及轨道分布，用以分析它们对空间系统运行带来的影响。LDEF为近圆柱体，尺寸类似l辆公交汽车，重达9752千克，表面积151平方米。1984年4月7日由“挑战者”号航天飞机放置在倾角28.4度、高度509.6千米的近圆轨道上。由于“挑战者”号失事，LDEF的在轨时间从原计划的9个月延长到57年，完成了32422圈绕地飞行。1990年1月11日被“哥伦比亚”号航天飞机回收时，轨道高度已降至324.3千米。

　　LDEF是研究近地轨道微流星体及碎片环境和超高速撞击的重要数据源。它是在太阳活动极小年发射的，而在太阳活动极大年回收，经历了半个太阳活动周，遭受了各种微粒的撞击。LDEF上肉眼可见的撞击凹陷超过32000个，其中最大的达0.5厘米直径，有些凹陷需要靠电子显微镜才能观察到。分析表明，碎片和微流星体造成的凹陷大约各占一半小的凹陷几乎都是碎片产生的。
　　

　　航天飞机舷窗
　　
　　一般情况下，由于轨道碎片和微流星体的撞击，为了确保下一次飞行，航天飞机每次任务需要更换2块外部压力舱的舷窗。换下的舷窗和散热器将送到实验室进行表面检查，用于分析亚毫米尺寸的环境微粒。

　　空间站的部件
　　
　　俄罗斯“和平号”空间站在轨多年，作为其“环境效应有效载荷”(MEEP)的一部分，美国约翰逊空间中心设计了轨道碎片采集器(ODC)。ODC在空间放置了18个月，用半透明且密度极低(0.02克/平方厘米)的二氧化硅气凝胶作为介质来捕获碎片，可降低碎片速度、减小撞击热冲压，而不破坏碎片本身。

　　1997年11月，“和平”号空间站移除了一块在轨8年的太阳能电池阵。它长约6.0米、宽约1.3米，由8块可折叠部分组成。1998年1月美俄进行空间交汇对接任务时，由航天飞机带回地面，两国研究人员对其进行了检测与研究，获得了有关轨道碎片与微流星体的大量信息。

　　 碎片对航天器的影响
　　
　　1996年7月24日，英国SurreyGuildford任务控制中心的管理员发现法国用于研究地球射电环境的CERISE微型卫星在入轨正常运行一年后，开始在700千米高的极轨道上快速翻滚。经英国空间轨迹网(STN)和NASA查证，事故原因是一块空间碎片以14千米/秒的相对速度撞击了卫星的引力梯度稳定臂。这块碎片是10年前发射的“阿里安”V—16末级火箭分解产生的。

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