【天問 天天問】近地軌道險象環生 「太空垃圾」怎解決？

近期，中國神舟二十號飛船因疑似遭遇太空碎片撞擊而推遲返航，這一事件讓「太空垃圾」這一隱形威脅再次進入公眾視野。那麼，什麼是「太空垃圾」？為什麼能造成這麼大的影響？

「太空垃圾」包括重達數噸的廢棄衛星、龐大的火箭末級箭體，到任務中拋棄的螺栓、隔熱罩，乃至因碰撞或爆炸而產生的數以億計的微小顆粒與剝落的漆料。

早期太空任務設計忽視了碎片處理的問題，火箭上面級在任務結束後，剩餘燃料可能因溫度變化而導致意外爆炸。

此外，老舊衛星的電池或燃料箱長期經歷極端溫度循環和輻射也極易發生破裂。美國國家航空暨太空總署（NASA）的Nimbus 7 研究衛星在退役近二十年後，其燃料箱於2021年發生解體，瞬間產生了數十塊碎片。類似遺留問題至今仍在持續產生軌道碎片。

厘米級碎片威力如榴彈

為何看似細小的「太空垃圾」會構成如此嚴重的威脅？其根源在於獨特的太空環境。這些碎片在約400公里高的近地軌道上以每秒七至八公里的平均速度飛行——這一速度是步槍子彈的十倍以上。由於動能與速度的平方成正比，即使是直徑僅一厘米的太空碎片，其撞擊能量也相當於一顆手榴彈。正因如此，國際太空站必須頻繁實施軌道規避，如在2020年就進行了三次調整。

除了直接撞擊威脅之外，「太空垃圾」還干擾天文觀測。這些碎片反射的陽光會在望遠鏡的影像中形成明亮的條紋，導致哈勃太空望遠鏡約有3%至5%的觀測圖像受到不同程度的污染；對於需要進行長時間曝光的地基望遠鏡而言，碎片軌跡更容易完全覆蓋微弱的天體信號，嚴重影響科學數據的獲取。

儘管大部分「太空垃圾」在再入大氣層時會燃燒殆盡，從而將地面風險控制在較低水平，但大型部件的殘骸墜落仍不容忽視。最令人擔憂的在於「凱斯勒綜合症」所描述的鏈式反應風險：當軌道上碎片密度達到臨界點時，碰撞將從偶然事件變為常態。一次撞擊會產生更多碎片，這些新生碎片會擴散至不同軌道高度，進而大幅增加與其他物體相撞的幾率，引發持續的碰撞循環，最終可能使得近地軌道的部分區域在未來無法安全使用。

面對這一日益嚴峻的挑戰，「減緩」是目前最主要的應對策略，包括在衛星任務結束後，將其推入專門的軌道或引入大氣層燒毀；改進火箭和衛星設計避免在軌爆炸，以及制定相關的國際準則亦能減少產生更多「太空垃圾」的可能性，但對於已經存在的數十萬個碎片並無改善作用。如何「主動清除」成了從根本上解決問題的關鍵。

世界各國的科學家和工程師們提出了許多富有想像力的方案，例如：發射配備機械臂、網或魚叉的「清潔衛星」，去捕捉大型碎片；使用地面或太空的鐳射光照射碎片表面，使其汽化產生微弱推力從而改變軌道墜落；更有甚者設想利用「離子束衛星」或「電動力纜繩」等非接觸方式來推離碎片。

這些技術大多仍處於概念驗證或早期試驗階段，面臨着技術複雜、成本高昂以及最關鍵的法律與政治障礙：誰有權力和義務去清除軌道上的物體？清除行動是否可能被掩飾為攻擊他國衛星的軍事行為？這些問題若無國際法層面的共識與規範，技術本身將難以付諸實踐。

●梁偉傑 愛國教育支援中心專業發展總監，兩次行政長官卓越教學獎得主。

愛國教育支援中心由香港教聯會主辦，旨在加強支援教育界推動國家安全及國民教育。中心特別成立航天科普教育基地，設有多個不同學習區，全面展示國家航天科技所取得的突破和成就，增強香港青少年對國家航天科技的認識。