减少空间碎片 中国做了哪些行动?

2009年02月18日08:29  来源:中国航天新闻网

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  人类历史上的首次两颗完整卫星相撞事故,产生了为数不少的空间碎片,向全世界敲响了空间安全的警钟。

  作为一个负责任的航天大国,中国早在上世纪90年代初,就组建了一支从事空间碎片研究的队伍,成功开发出长征四号乙火箭末级剩余推进剂排放系统,解决了火箭入轨后第三子级“钝化”问题,避免了因自身爆炸产生空间碎片情况的出现。

  2000年以来,中国航天科技集团公司一院、五院、八院及中国科学院等各方面科技工作者通过努力,又完成了部分基础设施的建设,使我国具备了参加国际空间碎片联测的能力,还自主研发出空间碎片撞击风险评估软件包等。这些措施,能够对空间碎片进有效的防护。

  火箭多有减缓措施

  目前,我国的运载火箭已有长征一号、长征二号、长征三号和长征四号四大系列。记者从中选取了几个代表性的火箭,分别是“长征二号丙”、“长征三号甲”和长征四号系列运载火箭,它们都有“金牌火箭”之称。除“长征二号丙”为两级和三级状态并存外,其余两个均为三级火箭。在成千上万的太空碎片中,有很多都是由于末级火箭的解体造成的。

  “火箭入轨后,由于末级里面还有几十公斤甚至上百公斤的剩余推进剂,很容易发生自然解体,俗称‘爆炸’。1990年,长征四号甲火箭在成功完成星箭分离动作后33天,就发生了爆炸,产生了60多块可观测的碎片。”长征四号乙火箭总设计师李相荣说,“不久,美国宇航局代表团便来到中国,建议对末级火箭采取钝化措施。”

  当时,发射太阳同步轨道卫星的长征四号甲火箭被认为是形成空间碎片最危险的对象。与发射地球同步轨道卫星的火箭相比,它的轨道寿命比较长。李相荣等人曾经计算过,900公里圆轨道上的空间碎片,大约需要50年才能坠落到地球的大气层,“因此,我们更应该注重空间碎片问题”。

  从长征四号乙火箭开始,他们便研制出了火箭末级剩余推进剂排放系统,实行“三放光”政策,即把储箱里的液体放光,把气瓶里的气体放光,把电池的能量放光。这样,箭体就钝化了。除非与别的航天器相撞,火箭自身不会爆炸。排光办法也是国际上的通行做法。

  初期,有的卫星研制单位对此产生了顾虑,担心排放出去的推进剂把卫星污染了,影响卫星的正常工作。因此,有2枚火箭的末级剩余推进剂排放系统在装好后又被拆除了。恰恰是在这2枚火箭中,又发生了一次爆炸,时间也是30多天。

  当看到安装排放系统没有对卫星造成不利影响时,卫星研制单位便不再反对。此后的13次发射,长征四号火箭均采取了钝化措施。事实证明,再也没有发生过爆炸现象。

  有业内同行指出,长征四号火箭的钝化措施,是中国最成功的空间碎片减缓办法,在国际上也可圈可点。

  对于另一枚三级火箭“长征三号甲”而言,由于其近地点轨道高度在200公里左右,轨道衰减周期比较短。一般情况下,短则几个月,长则几年,末级火箭便会落下来。截至目前,该火箭末级还未发生过任务后在轨爆炸现象。

  陈闽慷曾经是“长征三号甲”的主任设计师,现在是“长征二号丙”的副总设计师。他专门负责过末级火箭空间碎片减缓研究工作。

  “在发射地球同步轨道卫星的时候,为了节省卫星变轨的能量,长征三号甲火箭的推进剂大多耗在了轨道优化上,因此所剩不多,发生爆炸的可能性也比较小。即便如此,我们也做了一些研究,如选择合适的发射时机,在近地点处通过轨道摄动加速其衰减,但目前还没有加以应用。”陈闽慷介绍说。

  “在长征二号丙火箭上,我们已经安装了箭体处理系统:两级状态采用先调姿后启动主发动机离轨的方案;三级状态在上面级安装姿控发动机完成离轨。”陈闽慷介绍说,长二丙火箭完成任务后的离轨工作,从上世纪90年代中后期就开始实施了,效果很好。

  我国卫星、飞船应无恙

  此次美俄卫星相撞高度约在地面以上790公里处。这个轨道是我国应用卫星比较集中的一个区域,如风云气象卫星、资源观测卫星等。

  风云三号气象卫星总设计师董瑶海介绍说,风云三号卫星的轨道高度约在830公里,与此次产生的碎片相撞概率非常低。但是,在相撞力的作用下,碎片高度会发生变化。因此,必须密切监视碎片的动态,一旦遇到危险,就采取变轨措施将其避开。

  谈到空间碎片的威力,八院805所研究员、空间碎片环境保护工程专家组组长张文祥说,目前太空中的空间碎片不计其数,能够被人类观测和跟踪的厘米级碎片数量不到2万,一般都类似于苹果大小。由于高速移动,其动能相当于同等质量TNT炸药爆炸时释放能量的几十倍,足以击穿航天器,带来毁灭性灾难。

  董瑶海说,对于寿命到期的卫星,他们可以采取的主要措施是利用剩余推进剂,从常用轨道移到不常用轨道,避免跟别的卫星相碰造成碎片,同时让出轨道资源。

  “到目前为止,世界上还没有一个国家可以说已经避免了卫星成为太空垃圾。因为要使卫星回落到大气层,需要留很多燃料,这个不太现实。现在通行的做法是将卫星移轨。对于高轨道的卫星,如地球静止轨道卫星,主要实行升轨。对于极轨卫星来说,国际上还没有明确规定。”他表示,我国专家也正在考虑这个事情。

  虽然轨道高度距790公里甚远,但卫星相撞的消息也引起了载人航天工作者特别的关注。航天专家杨宏说,尽管这是非常小概率的事件,但对载人航天器的飞行安全提出了更高的要求,必须认真研究其影响并采取相应对策。

  实际上,从“神舟五号”以来,每次发射前,科研人员都要对空间环境做详细分析,以确保飞行安全。我国的载人航天工程,在方案论证及设计期间,已经把空间环境中微流星以及空间碎片的预测、分析及防护作为研究的内容之一,也一直对国内外最新的研究成果进行跟踪。针对可能出现的情况,采取了一系列的防护措施,并经过了充分的地面验证。

  说到空间站,杨宏说,国际上通行的做法是加固外表。所谓空间防护措施,主要是对一定大小的空间碎片和微流星有效。对于大质量的空间碎片来说,最有效的措施就是开展国际合作,进行全过程实时跟踪、预报,采取主动规避的办法。

  在采访中,众多航天专家表示,建立科学的太空轨道秩序十分重要。他们将按照国际惯例,在自己的航天器寿命即将结束时,采取相应措施使其离轨,或者掉进大气层烧毁,或者进入一个对地面的生态、环境、人员各方面影响最小的安全领域。(索阿娣)

  来源:中国航天报

(责编:赵竹青)
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