人类可能是目前已知唯一可往太空扔垃圾的物种，却还做不到低成本发送生活垃圾到太空。上述说的垃圾，指的是“废弃或损坏的卫星及碎片”，它们越来越多，静静绕着地球转动，变成名副其实的“网”。
如果人类把眼光放向更远的太空时代，可以说太空垃圾和生活垃圾问题同样严重，差别只在于这些垃圾围住的是城市还是地球。
马斯克的星链卫星，科学家说约 3% 失效了
SpaceX 的星链计划自诞生初就引起超高关注，热度一直不减，不仅因这项计划的“大胆”属性，还因为预计发射的卫星总数量达到惊人的数字：42,000 颗。
之所以要发射这么多颗卫星，是因为星链计划打算建立覆盖全球的卫星网络，为地球用户提供宽频服务，一定程度解决偏僻地区和自然环境特殊区域的网络问题──在人烟稀少或人迹罕至的地方，建立时时需要人力维护的基地台是不怎么经济的商业行为。
据欧洲太空总署太空碎片办公室（SDO）资料显示，到今年 2 月，地球轨道约有 5,500 颗卫星。也就是说，仅星链计划发射的卫星总量，就是之前轨道卫星总数的 7 倍多。不管卫星听起来多有科技感，说到底仍是大号“电子产品”，还要经历升空和变轨等多种考验，故障在所难免。
（Source：pixabay）
哈佛─史密松天体物理中心的天文学家乔纳森·麦克道尔对照 SpaceX 和美国-数据后，推测目前发射上天的 800 多颗星链卫星，约 3% 可能失效，失效卫星“可能已解体或坠入大气层燃烧”。
3% 的低故障率，为什么还会引人担忧？
天文学家乔纳森·麦克道尔表示，3% 故障率是正常水准，而 Space X 认为故障率只有 1% 左右，也就是说，SpaceX 也认可故障存在并承认了故障已发生的事实。
如果按 3% 的故障率推算，42,000 颗卫星约有 1,260 颗失效，如果按 1% 故障率算，数字为 420 颗。
▲ 电影《瓦力》展示被失效卫星包裹的地球。（Source：影片截图）
根据欧洲太空总署太空碎片办公室（SDO）资料显示，到今年 2 月，有约 3,200 颗失效卫星，之后仅星链计划的故障失效卫星，可能就达人类几十年失效卫星总数的 12%~38%。
目前世界各国都在筹建太空网络，即将发射的卫星数量呈几何级上升。有科学家预测，未来计划发射的卫星总数可能超过 10 万颗，无论按 3% 还是 1% 故障率算，失效卫星都是庞大的数字。
但离开总数谈发生率，都是……
太空那么大，容不下失效卫星？
不少人觉得卫星很小，太空很大，卫星对太空来说连一颗沙子都算不上，失效就失效，但失效卫星就像一颗颗定时炸弹，随时可能为其他卫星带来毁灭性伤害。
▲ 太空速碎屑杀伤力巨大。（Source：影片截图）
这涉及几个关键词：轨道、碰撞和碎屑，当这 3 个因素聚在一起，失效卫星就是让人头大的问题。
1. 卫星轨道和频率资源越来越稀缺
地球同步轨道位置十分稀缺，再加上卫星间需保持距离避免无线电干扰，“太空很大可以随便塞卫星”并不能做到。
为了缓解轨道资源紧张，国际电联会根据各个国家领土面积和人口等多重因素分配卫星轨道位置，失效卫星也会占用轨道，浪费了宝贵的资源。据北京日报报导，中国北斗卫星之所以“抢在最后 4 小时发射升空”，也是因为轨道和频率资源。
▲ 北斗卫星示意图。（Source：北斗导航系统）
这是因 2000 年 4 月 18 日国际电联批准中国申报的导航卫星频率和轨道，“北斗”二号卫星导航系统进入国际电信联盟的频率总表，正式取得合法地位。不过据国际规则，如果不在登记后 7 年内即 2007 年 4 月 17 日前使用，频率就会过期。
2. 失效卫星更容易导致碰撞
成功发射且正常服役的卫星受讯号控制，可变轨、避让、调节角度，而失效卫星再也不受人控制，基本就是“随缘”飘散太空，还会因为地球摄动（因受其他天体吸引或其他影响产生的轨道偏差）而偏离轨道。
很多失效卫星是遗弃状态，再也没人关心，也不知道究竟绕着地球转到哪里，都大大增加新发射卫星和失效卫星碰撞的风险。
比如 2009 年 12 月，中国发射的长征四号火箭的第三级和前苏联 1989 年 2 月发射的废弃卫星，在南极上空 991 公里处差点高速相撞，两者最接近时，距离可能只有 12 米。
▲ 擦肩而过。
3. 碰撞后的碎屑重复导致上述两问题
发生碰撞后，失效卫星会产生大量碎屑，大部分碎屑会分散在失效卫星的轨道继续绕地球转，既占用轨道资源，又会增加碰撞概率，小部分碎屑会散射出去飘在太空里。据科学家推测，目前毫米级以上碎屑可能数以亿计。
▲ 伦敦大学学院讲师斯图尔特·格雷博士（Dr. Stuart Grey）创建的可视化图像，展示从 1957 年到 2015 年太空碎片的数量。（Source：影片截图）
这些碎屑威力有多大？
高度 300~450 公里的近地轨道时，太空碎屑的运行速度可能达每秒 7~8 公里。当在 36,000 公里高度的地球静止轨道时，速度高达每秒 3 公里。
如果 2 个每秒 7 公里飞行的物体在太空相撞，约 10 公分的碎屑可能破坏整个航天器或卫星，约 1 公分碎屑可能击穿太空舱，即使是地球毫不起眼的 1 毫米左右碎屑，都可能造成伤害。
10 克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆时速 100 公里的小汽车碰撞，卫星可能在 1.5 秒内打穿或直接击毁，还会直接威胁到太空人的生命安全。
国际太空站就是卫星碎屑的“活靶子”，2016 年 4 月，国际太空站的对地观景台玻璃出现一直径 7 毫米的裂痕，正是被一块小碎屑击中。
解决失效卫星，大部分靠天
失效卫星潜在隐忧这么大，要怎么解决？答案是：大部分靠天。
1. 遗弃法
回收风险大，成本高，失效卫星最终命运就是孤零零继续绕着地球转。人们唯一能做的就是等卫星自己分解，或慢慢坠入大气层燃烧殆尽，周期一般较长，可能需要几十年。
2.“火化”法
设计卫星之初，部分卫星预留一部分电量和燃料，等待卫星濒临失效时，点燃所剩无几的燃料，把卫星推向大气层燃烧。
▲ 星链计划官网介绍，卫星寿命终止时，会利用机载推进系统离轨。（Source：Starlink）
不过卫星是精密化设计的仪器，内部空间寸土寸金，看似简单的“留后门”，可能有成本上升或风险增大等问题，所以很多卫星没有这类设计。
3. 太空葬
有些卫星属于中高轨道卫星，离地球大气层太远，最终方向不是大气层，而是太空。不过由于一般卫星预留燃料很少，不足以让失效卫星飞向太空深处，仅飞向不重要或用不着的太空轨道，仍会绕着地球。
4. 主动清理
2016 年 6 月 25 日中国“长征七号”成功发射，名为“遨龙一号”的太空碎片主动清理飞行器一起进入太空，被誉为“太空清道夫”，可用机器手臂抓取卫星和太空碎片，带入大气层烧毁。
除了用机械手臂抓取，还有喷射网捕获失效卫星、激光射击失效卫星等方法。可以说“保守疗法”仍占多数，主动治疗手段也越来越多。
▲ 由萨里大学（University of Surrey）领导的清理计划，成功捕获一块绕地球旋转的碎片。（Source：影片截图）
俄国科学家齐奥尔科夫斯基说过：“地球是人类的摇篮，但人类不能永远住在摇篮里。”随着社会进步，人类享受地球摇篮保护时，也面临部分资源短缺，生产力和生产水准提升，总受限于人类文明的客观进程，不断催生不可调和的资源矛盾，最终走向经济危机甚至战争。
如果人类能进一步探索和开发太空资源，一定程度可缓解或解决这种“地球病”。发射卫星是人类真正走入太空的第一步，无数世纪后，必将被新人类载入史册。只是当人类真的打算移民到另一颗星球时，如果飘在地球上空的成千上万颗失效卫星，变成人类征战太空的最大绊脚石，那就太讽刺了。
无论探索太空还是清理太空垃圾，我们的选择只有一个：前进、前进、前进！
（本文由 爱范儿 授权转载；首图来源：NASA / Public domain）
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