“最強(qiáng)生物”敲響警鐘 在太空中也需要垃圾分類

近日，“地球微生物水熊蟲可能定居月球”的報(bào)道引發(fā)了人們的高度關(guān)注。據(jù)報(bào)道，4個(gè)月前，以色列首個(gè)登月探測(cè)器“創(chuàng)世紀(jì)”號(hào)登月失敗，撞向月球并在那片遙遠(yuǎn)而廣袤的土地留下了原本用于實(shí)驗(yàn)的水熊蟲樣本。

此前曾有學(xué)者指出，水熊蟲是地球上最“難以毀滅”的物種，能在小行星撞擊等所有可能的天文災(zāi)難中幸存下來。

雖然多位專家在接受媒體采訪時(shí)表示，月球上的這批水熊蟲樣本想要生長(zhǎng)和繁殖基本不可能。但這仍給我們?nèi)找婊钴S的空間探測(cè)敲響了警鐘——來自地球的垃圾可能要先人一步在月球“建立基地”了。

事實(shí)上，不僅是月球，凡是衛(wèi)星、探測(cè)器能夠到達(dá)的地方，也將面臨同樣的風(fēng)險(xiǎn)。人們?cè)絹碓街匾暤孛胬姆诸愄幚恚敲刺绽鯓臃诸悾坑衷撛趺刺幚恚?/p>

一小塊碎片就足以致命

“傳統(tǒng)意義上的太空垃圾就是空間碎片，也就是太空中無用人造物體，包括衛(wèi)星、探測(cè)器、載人飛船、火箭末級(jí)的殘骸等。”清華大學(xué)航天航空學(xué)院教授寶音告訴科技日?qǐng)?bào)記者，空間碎片既可按照軌道高度分為低軌、中軌、高軌碎片，也可按照體積大小分類。由于相對(duì)速度極高，甚至能達(dá)到子彈速度的幾倍、幾十倍，它們的危害非常大。微米級(jí)顆粒的撞擊就能導(dǎo)致衛(wèi)星上的光學(xué)鏡頭損壞，毫米、厘米以上的碎片足以擊穿航天器，造成致命破壞。

“從廣義上講，微生物等人類航天活動(dòng)帶到太空中的其他污染物也可以算作太空垃圾。”寶音認(rèn)為。

記者了解到，無論是空間碎片還是微生物，都可能給人類探索太空帶來不小的麻煩。據(jù)報(bào)道，目前人類可以監(jiān)測(cè)到的太空范圍內(nèi)直徑超過10厘米的碎片已經(jīng)近兩萬個(gè)。作為人造航天器的典型代表，國(guó)際空間站自建成以來就一直在防范被碎片擊中。僅在2014年3月至4月間，其至少進(jìn)行了兩次變軌規(guī)避碎片，以圖“自保”。不過，防不勝防，2016年5月，國(guó)際空間站的舷窗仍然被撞出了一個(gè)直徑7毫米的坑。

而在2015年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)現(xiàn)國(guó)際空間站中廣泛存在葡萄球菌、泛球菌、芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等微生物。航天員長(zhǎng)期在太空生活免疫力下降，多次出現(xiàn)呼吸道、皮膚、結(jié)膜等感染情況，而且病菌在空間環(huán)境中易發(fā)生突變，致病性、傳染性可能上升。此外，微生物過多將在航天器電路板、儀表盤和宇航服上形成生物膜，腐蝕相關(guān)材料，嚴(yán)重威脅在軌運(yùn)行安全，縮短航天器服役時(shí)間。

在太空垃圾分類有心卻無力

美國(guó)空間碎片專家凱斯勒的研究結(jié)果顯示，按照目前的增長(zhǎng)速度估算，如不采取任何措施，僅僅數(shù)十年后，空間碎片數(shù)量將達(dá)到發(fā)生鏈?zhǔn)阶矒粜?yīng)的臨界值，近地空間將充滿高速運(yùn)行的各種碎片，人類將永久失去進(jìn)入太空、利用太空的機(jī)會(huì)，太空移民將成為一個(gè)永遠(yuǎn)無法完成的夢(mèng)想。“因此，各國(guó)早就認(rèn)識(shí)到了空間碎片的危害性，并且制定了一系列的太空準(zhǔn)則，減緩碎片的產(chǎn)生速度。”寶音介紹。

例如，2007年聯(lián)合國(guó)和平利用外層空間委員會(huì)通過《空間碎片減緩準(zhǔn)則》，提出了減少空間碎片產(chǎn)生、避免航天器分離解體，以及清除退役航天器等短期和長(zhǎng)期措施。具體而言共有7條：從設(shè)計(jì)上限制航天器入軌后分離傳感器罩等裝置；避免航天器在運(yùn)行階段出現(xiàn)分裂解體事故；合理規(guī)劃航天任務(wù)，采取規(guī)避等措施避免發(fā)射碰撞；避免在軌航天器故意自毀、有意分離解體等有害活動(dòng)；減少航天器剩余能源，降低分離解體可能性；航天器應(yīng)在任務(wù)結(jié)束后安全、受控離軌；特別限制航天器任務(wù)結(jié)束后對(duì)地球同步軌道的干擾。

針對(duì)近年來微小衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛的情況，曾有業(yè)內(nèi)專家建議，微小衛(wèi)星最好攜帶推進(jìn)模塊，以便在其服役壽命結(jié)束之時(shí)操控離軌。寶音對(duì)此表示認(rèn)同，建議應(yīng)盡量減少?zèng)]有推進(jìn)設(shè)備的微小衛(wèi)星發(fā)射。

“除了減緩空間碎片產(chǎn)生，各國(guó)專家還針對(duì)性地提出了很多主動(dòng)清理技術(shù)。”寶音介紹，比如通過機(jī)械臂抓捕、發(fā)射“漁網(wǎng)”網(wǎng)住、用“魚叉”叉住等方式將碎片移出有用軌道，送入大氣層或人類目前不會(huì)用到的軌道“墓地”；從地面發(fā)射激光、甚至向太空發(fā)射大型透鏡聚集能量燒毀太空碎片；還有人設(shè)想可從空間站發(fā)射機(jī)器人，拆除廢棄衛(wèi)星、收集空間碎片，再飛回空間站將有用和無用的太空垃圾分開處理。

但是，這些方法在實(shí)行時(shí)都要消耗燃料，難以清除數(shù)以萬計(jì)的空間碎片。2016年，寶音課題組提出了一種碎片清理發(fā)動(dòng)機(jī)概念，通過將捕獲的碎片研磨為帶電顆粒或者轉(zhuǎn)化為等離子體噴出，為航天器的提供軌道機(jī)動(dòng)的動(dòng)力，去捕獲下一個(gè)碎片，采用這種“以戰(zhàn)養(yǎng)戰(zhàn)”的方式使其不受燃料制約，大量清除空間碎片。該成果獲得《麻省理工科技評(píng)論》報(bào)道并被譽(yù)為一種顛覆性方案。

“不過，這些方法仍面臨一些技術(shù)上的難題，尚沒有進(jìn)入工程實(shí)用階段。”寶音說。

保護(hù)宇宙就是保護(hù)地球

相比空間碎片，科學(xué)家們對(duì)地球生物污染太空的關(guān)注要早得多。1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星后，1958年國(guó)際科學(xué)聯(lián)合會(huì)理事會(huì)（ICSU）就發(fā)起成立了宇宙探測(cè)污染委員會(huì)（CETEX）和空間研究委員會(huì)（COSPAR）。CETEX提出需要保護(hù)地外生命體，COSPAR則下設(shè)“行星保護(hù)”分委會(huì)，研究怎樣在開展深空探測(cè)時(shí)，避免地球和地外天體間出現(xiàn)交叉生物污染。1959年，聯(lián)合國(guó)和平利用外層空間委員會(huì)（COPUOS）成立，之后推出《外層空間條約》，規(guī)定“對(duì)月球及其它天體的探索，應(yīng)以避免其受到地球生物污染為前提”。

1964年，COSPAR出版了最早的行星保護(hù)政策草案，要求各國(guó)探測(cè)器應(yīng)采用滅菌技術(shù)，降低地外天體探測(cè)活動(dòng)中地球生物污染探測(cè)目標(biāo)的可能性。1984年，COSPAR將探測(cè)任務(wù)分為5類，規(guī)定了不同任務(wù)的行星保護(hù)要求。之后，NASA、歐洲空間局（ESA）以及日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）等都建立了自己的行星保護(hù)機(jī)制，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其中，1975年NASA發(fā)射的“海盜號(hào)”（Viking）火星探測(cè)器，用于行星保護(hù)的經(jīng)費(fèi)甚至占到探測(cè)器總研制經(jīng)費(fèi)的近25%。

當(dāng)然，行星保護(hù)的第一的目的是防止探測(cè)器從太空帶回“神秘”微生物給地球生態(tài)系統(tǒng)造成難以估量的后果；第二目的才是避免地球的微生物污染地外天體。

地球上的微生物無處不在，航天器在生產(chǎn)和測(cè)試過程中都可能沾染并最終帶上太空。為此，NASA在探測(cè)器組裝前會(huì)使用干熱消毒法對(duì)各部件、分系統(tǒng)消毒，減少微生物數(shù)量。而在之后的裝配、測(cè)試環(huán)節(jié)將繼續(xù)實(shí)施嚴(yán)格的防控手段防止二次污染。比如在滿足標(biāo)準(zhǔn)的潔凈室或無菌裝配間中組裝并在生物屏蔽室中儲(chǔ)存等。