2015年,美國太空探索技術公司(SpaceX)執行長馬斯克提出了一個所謂的“星鏈計劃”,計劃發射12000個衛星,這樣就可在地球上空組建龐大的星鏈網,如此一來就可為人類提供低成本、高速度的網上衝浪服務。
目前SpaceX公司已發射了300多顆衛星,並覆蓋北美地區。不過這項野心勃勃的專案,卻引來了很多很多天文學家的吐槽,一旦這些衛星全部升空,那就意味著地球軌道會顯得非常擁擠,別說再發射新的衛星,就連天文學家想要觀測外太空都是不容易的事情。
如果因這些衛星造成視線遮擋,那就無法及時發現並預判潛在的危機,如彗星撞擊地球。同時,星鏈衛星的發射,也會威脅其他已執行的衛星,可能兩者之間會相撞爆炸,從而產生新的更多的垃圾。
還有天文學家表示,“星鏈計劃”讓他聯想到了60年代一項更瘋狂的計劃,它就是“西福特計劃”,也被稱之為“針計劃”。
它是冷戰期間的產物,但所造成的危險一直存在至今。星鏈衛星發射後,難免會和這些“西福特針”相碰撞,到時候美國是搬起石頭砸自己的腳!因此此學者建議馬斯克,發射星鏈衛星前,還不如先將太空上數以億計的“銅針”清理掉。
那麼,什麼是“西福特計劃”?它對人類探索天空的危害到底有多大?
瘋狂的美蘇“太空爭霸”
西福特計劃的產生,其實和美蘇爭霸有關。早在1946年5月12日,美國科學家布勞恩就提出了發射衛星的計劃。
他表示,用火箭將227公斤的衛星運上高度為480公里的地球上空,預計1951年就可實現計劃。
而沒過幾天,蘇聯一個年輕的研究學者吉洪拉沃夫也提出了研發太空衛星的想法,但遭到了斯大林的笑話。不過他並沒有放棄,繼續自己的研究,1950年3月15日,吉洪拉沃夫再次提出發射衛星的可行性申請,得到了批准。
1957年2月,蘇聯提出在10月6日發射衛星,趕在革命節前發射,但太空計劃首席科學家科羅廖夫認為美國可能會搶先發射,在他的建議下,蘇聯方面於10月4日發射了全球第一顆人造衛星。
美國總統其實在1955年就表示要啟動衛星發射任務,但卻不想讓布勞恩——這個曾經的納粹軍官,擔任首席科學家,結果在美蘇人造衛星爭霸中落後。值得一提的是,科羅廖夫其實也是“罪犯”出身,但蘇聯人卻不拘小節。
直到蘇聯衛星成功發射後,美國才加快啟動衛星計劃,並於當年12月6日匆忙發射,誰知才起飛一秒後,人造衛星就直接爆炸,這讓美國丟了大面子,也讓美國民眾失望和抱怨。此時,美政府才知道外行人無法領導內行人,准許布勞恩負責衛星計劃。
布勞恩早就有了衛星發射的技術儲備,他上任之後,1958年2月1日,衛星“探險者-1”號成功升空。
蘇聯當然不服氣,立馬展開了載人航天工作,計劃將人送上太空再安全返回,也就是“東方計劃”,美國隨即也展開了“水星”計劃。這兩個超級大國之間展開了你追我趕的架勢,蘇聯方面因有著社會主義的優勢,投入了巨資,並選出了六名宇航員。
就這樣,1961年4月12日,“東方-1”號飛船成功登上了太空,加加林也成為人類歷史上第一個進入太空的人,被稱讚為“宇宙哥倫布”。
其實在加加林進入太空前一個月,布勞恩就打算啟動載人飛船計劃,不過在最後關頭他卻改變主意暫停發射,怕載人任務失敗。直到蘇聯太空計劃成功後的23天,美國才將宇航員送上天,但對美國民眾而言已失去了原本的意義。
接連輸掉了兩場太空競賽,肯尼迪覺得面子上無光,如何才能勝蘇聯一籌?美國宇航局提出登月計劃,肯尼迪信心大增,隨即宣佈要在十年內將人類送到月球。
為了完成這項登月計劃,美國耗費了巨資,賭上了國家榮譽,也讓布勞恩壓力巨大。據統計,美國“阿拉伯”載人登月計劃花費了250億美金,且有120所高等學校、2萬家技術企業、40萬人加入這個工程。
美國科學家展開了多項研究,並進行多項飛行試驗,制定了登月方案,選拔宇航員等。1969年7月16日,“阿波羅-11”號在“土星-5”號運載火箭的幫助下升空,在四天的飛行後,飛船成功在預定著陸點落地。
阿姆斯特朗用腳輕踩月球表面,確定不會陷下去才大膽在上面留下了第一個人類足跡,而他的那句“個人一小步,是人類的一大步”激動人心,整個世界為此歡呼。
有人或許會問,此時的蘇聯在哪裡了?首席科學家科羅廖夫製造出推力為1000萬磅的N-1火箭,比起“土星-5”號推力多出了850萬磅,可以說對登月他勢在必得。
然而,此前不幸的生活,讓科羅廖夫一身傷病,1966年1月,他因庸醫錯誤的手術白白喪命,登月計劃只好由其副手米辛負責,但他發射多個探測器,無一例外全部墜毀,無奈之下,蘇聯只好放棄登月計劃,承認輸掉了太空戰。
然而,美國儘管掌握了太空爭霸戰的主動權,卻是一個十足的“太空垃圾製造者”,多年來一直被各國科學家詬病,如2008年2月,美國用一顆導彈摧毀了間諜衛星,產生大量垃圾。
不過要說美國最缺德的一件事,那就是啟動了“西福特計劃”,這個計劃一直到今天都影響著人類。
“西福特計劃”到底有多缺德?
美國儘管笑到最後,但在太空爭霸的前10年裡一直是老二的位置,每次太空競賽專案都會被蘇聯領先,如第一個上太空的生物、第一個進入太空的宇航員、第一個實現太空漫步等都是蘇聯人領先。
當時的蘇聯全力進攻重工業領域,其研發速度快、實力強,讓美國人坐立不安,為此展開了瘋狂的“超蘇”計劃,而最缺德的就是“西福特針”。
60年代通訊技術還不是太便利,但通訊又是戰爭時期最為關鍵的東西。在當時,美國的遠距離通訊是靠海底電纜、電離層反射無線電而實現的,而人造衛星在當時還沒表現出太好的通訊效果,無法全天提供通訊技術。
比起電離層的無線電通訊來說,海底電纜自然是更加穩固一些,不過當時美國在太空爭霸時全面落後,他們對蘇聯的高新科技諱莫如深,猜測蘇聯會秘密研究高能量太空武器,一旦美蘇之間出現了摩擦或戰爭,蘇聯可能輕而易舉地將美國的海底電纜斬斷,到時候只能利用電離層通訊。
不過電離層反射通訊並不穩定,它屬於色散介質,傳播頻帶比較窄,無法傳送影片訊號,不能實時接收無線通訊。同時,因“多徑效應”,訊號的衰落大,且受太陽的影響,電離層波動比較異常,也會讓通訊中斷。
如果在戰爭中失去了通訊,和前方作戰部隊不能直接溝通,那就等於輸掉了比賽,戰爭自然也就很難獲勝。為此,有著“被迫妄想症”的美國開始尋求更為穩固的通訊方法。
美國科學家制定了兩條方案,一條是加快人造衛星的發射,爭取早日實現全球即時通訊;一條是採用人工方式打造太空電離層,以彌補自然電離層的不穩定狀態,以便於遠距離的通訊,且還能監測其他國家的無線電發射情況。
但怎麼製造穩定電離層,這在當時是十分困難的航天任務,美國軍方將任務委託給了麻省理工學院的林肯實驗室,在一番探究後,科學家提出了瘋狂的“西福特計劃”。
也就是向距離地球三千八百公里的太空中發射銅製偶極天線,從而形成針狀環雲,打造出人工電離層,這樣地面上的通訊就要大為穩定,消除美國人的危機感。
這些銅製天線長為1.78cm,直徑為17.8μm,比起頭髮絲要細上很多,外形和針一樣,因而也被稱為“西福特針計劃”。據悉,此計劃累計發射4.3億根,從而在地球軌道附近形成三十八公里長、八公里寬的人工環狀針形雲。同時,科學家在西福特鎮架構衛星天線,以進行遠端的通訊輔助,從而實現通訊工作。
同時,因這些“銅針”所處在的高度其他國家都不知情,這樣就無法拿到準確資料,一旦他國發射衛星,那就容易和銅針相撞。
美國之所以將“銅針”打造地這麼精細,其實也是為了避免蘇聯發現並摧毀,從而保證通訊的穩定性,併力壓蘇聯一頭。
在美國科學家的大量實驗和論證之下,他們認為可以發射銅針,進而準備在1961年10月21日發射上百萬枚銅針,然而,這次發射中儘管將這些銅針送上了太空,但並沒有建立起通訊關係,計劃失敗。
不過美國軍方急於追求結果,科學家又開始了新一輪的研究改進,在經過了一年多的改進研究後,又在1963年5月9日開始了第二輪發射,這次發射計劃圓滿完成,通訊十分穩定,這讓美國軍方大喜,不斷催促科學家將大量銅針送上太空,打造全球性的通訊體系。
不過,很快科學家們就發現“西福特針”計劃的侷限性很大,想要全球通訊,那就需要在全地球軌道上佈滿銅針,而大量的銅針發射不僅增加成本,也會嚴重影響衛星發射。
因此美科學家推翻了這一實驗,在一番研究後,決定發射LS系列衛星,計劃發射9枚,用於轉發通訊,解決上行、下行鏈路等多個難題。
1965年2月11日,美國發射了LS-1衛星,這顆衛星的發射用了不少前沿先進技術,如軍方的SHF甚高頻段通訊波段,可滿足幾百個使用者同時通訊。該衛星採用太陽能電板保證電力供應問題,不過功率低,電池也無法同時全部工作。
然而,LS-1衛星發射成功,也進入預設的軌道中,卻因接線錯誤,結果失去訊號,就此失聯了五十年之久,2012年12月才意外向地球發射訊號。
英、蘇等國強烈抗議
然而不管西福特針計劃是否成功,美國擅自發射衛星本就是錯誤行為,太空作為人類共有的資源,全人類都應該有知情權,可美國實施“針計劃”時並沒有向外界透露任何計劃,沒有得到全球各國的准許就執行這個任務。
這顯然是不符合國際公約的,同時也將美國人的自私和蠻橫展露得淋漓盡致。而美國人的遮遮掩掩並不能掩蓋真相,反而得到了多國的口誅筆伐。
原來,1965年時英國皇家天文學會在一次研究中意外發現了異常,經過研究才知道美國正進行秘密“針計劃”,義憤填膺的英國科學家立馬公佈此事,並號召天文學家一同抵制、抗議。
蘇聯也在第一時間在《真理報》上對美國的“針計劃”進行了抨擊,言辭非常激烈。
蘇聯專家表示,美國這一行為是“玷汙了宇宙”,製造了大量的太空垃圾,將會讓人類的航空計劃提前擱淺,阻止人類對宇宙的全新探索和認識。
隨後,英國、蘇聯透過聯合國,要求美國終止“西福特針”實驗。隨後,越來越多國家站起來,反對和抗議美國,這讓美國在國際上的威信大跌。
在聯合國大會上,美國發言人阿德萊•史蒂文森謊稱:“因太陽輻射威力巨大,在太陽風的壓力下,西福特針會在三年內離開各自的既定軌道,迴歸大氣層中,在高溫摩擦之下徹底化為灰燼,不會對宇宙和人類產生任何危害。”
然而,有科學家反對:“憑什麼就認定這些銅針會在3年內離開軌道?這些銅針本就是特製的,如果輕易離開,美國還投入那麼大的資金髮射干嘛?這豈不是自相矛盾?”
面對科學家這一咄咄逼人的言論,美方表示:“這些銅針比頭髮絲還要細,體積可以忽略不計,對各國衛星並不會產生任何影響,請各國放心。”
這一解釋讓其他國家的代表笑了,畢竟飛機高速飛行時,一旦撞上了小鳥都會引發嚴重的飛行事故甚至空難。更別說在太空中以7.9公里/秒高速飛行的銅針,一旦航空裝置和其相撞,那必然會導致損壞,而在太空中,就是一顆螺絲鬆動都可能導致飛行器爆炸。
在各國的追問下,美國才將“西福特針”的軌道高度公之於眾,也就是大約三千六百五十千米高的軌道上空,之後各國在飛行器發射時都會避開這一高度,生怕中彈。
最後此事不了了之,美國並沒有對西福特針進行處理,只是宣佈暫停西福特計劃,而且美國科學家也意識到這個技術不現實,自動放棄了該計劃。1967年時,聯合國釋出了《外層空間條約》,特別強調任何國家不能私自制造太空垃圾。
而如今已過去了近六十年,依舊有相當數目的銅針殘留在軌道上,以7.9km/s的速度在3600-3800公里高度上快速飛行,只有少數銅針偶爾回到大氣層,因這些銅針太過於微小,在摩擦中融化,並不會對地面產生影響。
至於美國負責人當年所說的3年內就會自動離開軌道,顯然是無稽之談。
太空垃圾有多可怕?
其實,從1957年10月4日,第一顆人造衛星昇天後,太空垃圾就已產生,且多年來因太空垃圾引發的事故可謂是層出不窮。
據統計,從1957年到2005年,全球發射了6000多個航空器,其中前蘇聯+俄羅斯為3121個,美國為1802個。這些航天器的存在自然也製造了大量的太空垃圾,如飛行器報廢、故障產生的垃圾,發射的火箭分離時的碎片,宇航員太空作業時遺留的工具、手套、攝像機等。
有報告分析,目前的空間碎片已超4000萬個,且以2-5%/年的速度遞增,它們通常按既定軌道繞地飛行。
這些太空垃圾在高300-450千米的近地軌道上空高速運轉,其相對速度可達10千米/秒以上,其破壞力巨大,嚴重威脅人造衛星、飛船、國際空間站。
據統計,直徑10cm的太空垃圾足以將航天器摧毀,而毫米級的垃圾可讓這些裝置無法正常工作。而目前,直徑大於10cm的太空垃圾超9000個,預計2025年增至11000塊。
1983年時,航天器“挑戰者”號和一塊0.2mm大的碎片碰撞,結果舷窗劃傷,為了保證宇航員的安全,只能提前讓飛行器回到地球。
類似的事情發生在三年以後,火箭“阿里安”進入軌道後就出現了爆炸,結果產生了五百六十四塊十釐米大小的殘骸以及兩千三百塊小碎片。
一時間產生這麼密集的碎片,且高速運轉,如同子彈一樣撲向日本2顆通訊衛星,致使其直接失靈。
這些事故的發生,說明太空垃圾的危害是非常大的。
而美國“西福特計劃”中投放的銅針就等同於太空垃圾,對任何航天裝置都會造成隱患。以至於後來各國發射航天器時,都要特別注意這些垃圾,這給各國航天事業帶來了很大負擔和風險。
為了控制太空垃圾,天文學家也提出了不少對策,如“避、禁、減、清”。
避也就是建立太空監測系統,如美國1961年就展開了“太空籬笆”物體跟蹤系統,每月對近地軌道進行500萬次探測,並可同時跟蹤200個體積稍大的垃圾,只要直徑超10cm,那就會被太空司令部編號監控,但因太空垃圾太多,這一系統並不能百分百避免太空事故。
禁就是禁止在太空部署和實驗武器,禁止核動力衛星的發射;減就是減少並控制太空垃圾,如我國已成功掌握火箭剩餘燃料排放技術,避免太空垃圾的形成。
清就是對太空垃圾進行清理,目前美國航天局正研究“太空清掃器”技術,可將這些垃圾捕獲,並投降大氣層燃燒粉碎;俄羅斯開發出了防護屏,當太空垃圾和其碰撞時,因化學反應產生巨大能量,將垃圾分解成粉末。
在未來的太空競賽中,人類想要從太空軌道中獲得可持續的資源便利,那就要展開對太空垃圾的清理工作,且不能再繼續無止境製造垃圾。
如果人類不重視太空垃圾問題,那就會形成“鏈式反應”的惡性迴圈,到時候太空碎片多到無法控制,將近地軌道覆蓋,到時候航天器無法衝破這道“垃圾帶”,人類將失去航空、失去未來,到時候衛星通訊等也會斷開,人類文明必然會大後退。
編輯:知了
責編:勞謙有終