这包美国宇航员丢失在太空的垃圾，将在几个月后掉下来
日本宇航员古川聪（Satoshi Furukawa）拍摄到的流浪在太空中的工具包（图片来源：NASA）
又一个太空垃圾。
撰文 | 黄雨佳
审校 | 不周
当地时间11月1日，美国航空航天局（NASA）的两名宇航员——贾斯敏·莫格贝里（Jasmin Moghbeli）和洛拉尔·奥哈拉（Loral O'Hara）在国际空间站（ISS）外完成了耗时6小时42分的舱外活动，这也是NASA的第四次全女性太空行走。
这次舱外活动主要有两个目的。一是更换空间站太阳能电池阵列的一个轴承组件，同时为将来安装更高级的太阳能电池阵列做一系列准备；二是拆除一个名为“射频组”（Radio Frequency Group）的电子盒。
两位宇航员按计划完成了太阳能电池阵列的相关工作后，由于时间有限，只评估完如何拆除电子箱后便回到了舱内。这本来不过是一次平常的舱外活动，中间却出了差错。就在莫格贝里打算整理一条挡住舱外摄像头的电缆时，意外发生了：一个工具包不慎从她身边飘走了。
不慎飘走的工具包（图片来源：YouTube via @NASA）
好消息是，工具包里只有绳子和工具插座等这次太空行走不再需要的东西，而且根据飞行轨迹，NASA判断它不太可能撞到空间站。因此，空间站和宇航员还是安全的，不需要采取什么额外措施。
但坏消息是，这个飘走的工具包将以约7.8千米/秒的速度绕地球飞行。它不像空间站或卫星那样处于稳定的轨道，因此会在高速飞行的同时不断下坠。据专家推测，这个工具包很可能在2024年3月至7月的某个时候坠入大气层，然后烧毁。
明亮的“新星”工具包
作为一个新诞生的人造太空碎片，美国太空军（USSF）给它分发了身份编号：58229/1998-067WC。直到工具包彻底灰飞烟灭之前，USSF都将密切追踪它的动向。由于工具包表面的材料能高效反射太阳光，纵使它距离地球表面有300多千米，看上去依然很亮，我们甚至能从地面上用双筒望远镜观测到。
工具包从国际空间站脱离后，一直以略高于空间站的速度绕地球运行。因此，只要能观测到空间站，就能观测到它附近的工具包。国际空间站绕地球飞行一圈的时间大约是1.5小时，理想条件下，我们甚至能一晚观测到5次国际空间站过境。
未来10日可见国际空间站过境示例（图片来源：“天文通”小程序）
当地时间11月11日，两位观测人员在波多黎各的阿尼亚斯科镇拍摄到了空中飞过的工具包，它比空间站提前了5分钟出现。由于飞行速度差异，这个时间差会越来越长，到现在，我们可能需要提前十几分钟才能观测到了。而且，工具包还在向国际空间站轨道的东侧漂移。
作为一块人造垃圾，这个工具包已经达到了6等星的亮度。虽然它比国际空间站黯淡不少，但已经达到了不借助望远镜就能用肉眼观测的亮度（但它太小了，因此需要借助望远镜才能看到）。在镜头下，我们能看到工具包的亮度在不断变化，忽闪忽闪的，这说明它飞行的同时还在翻滚。
地面观测人员拍摄到的工具包（图片来源：YouTube via @kevinizooropa）
在工具包坠入大气层时，如果地理位置合适，且恰逢天气条件允许，只要一个双筒望远镜，你也能看到它的灿烂落幕。
意外频出的工具包
其实，这已经不是宇航员第一次在太空作业过程中丢东西了。仅仅是NASA，之前就发生过至少4次。美国宇航员海德玛丽·斯特凡尼辛-派珀（Heidemarie Stefanyshyn-Piper）2008年在国际空间站外维修时，也丢过一个工具包。而那次的工具包里装着垃圾袋、刮刀还有两把注油枪，重达14千克，价值10万美元。
更离谱的一次事故发生在2017年。宇航员佩吉∙惠特森（Peggy Whitson）和沙恩∙金布罗（Shane Kimbrough）原本要用四块防护罩覆盖“宁静”号太空舱移走设备连接电缆后暴露出的国际空间站对接端口，但金布罗突然发现，其中一个防护罩不见了。二人这才意识到，装有防护罩的袋子已经飘向了太空。
这个防护罩重约8千克，长约1.5米，宽约0.6米，近8厘米厚，相当于一个车门的大小。它对保护这个对接端口至关重要，因此，在新的火箭送上来新的防护罩之前，宇航员必须采取其他手段。地面控制中心的团队临时开会，设计了一种宇航员用手头的材料就能临时代替的方法：用扎带和一块布填补这缺失的四分之一。当然，NASA也确定了，防护罩不会撞到空间站。
丢失的防护罩（图片来源：YouTube via @RealEngineering）
非常讽刺的是，这个丢失的防护罩除了防止对接端口的极端温度变化外，最主要的作用就是避免该区域受到所谓“微流星体和轨道碎片”（MMOD）撞击的影响。而在那时，它本身就成为了MMOD的一部分。
今年5月，俄罗斯宇航员谢尔盖·普罗科皮耶夫（Sergey Prokopyev）和德米特里·佩特林（Dmitri Petelin）甚至在太空作业完成后直接将一捆废弃的硬件扔进了太空，还在直播中说：“飞得漂亮。”虽然专家解释称，这些垃圾将在大气层中无害地燃烧，但这无疑再次引起了人们对太空垃圾问题的关注。
危险的太空垃圾
自20世纪50年代人类向太空发射第一颗人造卫星以来，绕地球运行的太空垃圾数量一直在增加。根据欧洲空间局（ESA）的数据，目前地球雷达追踪到的太空碎片超过3.6万个。2021年，国际空间站中加拿大的Canadarm2号机械臂就曾被轨道碎片击出过一个大洞；就在今年11月10日，国际空间站的“星辰”号（Zvezda）服务舱也不得不为了躲避太空碎片而点火了5分16秒。
然而，这些能监测并提醒航天器避开的都是大块的太空垃圾，真正对航天器构成最大威胁的其实是那些看不见的、无法追踪的小碎片。ESA的数据显示，目前在轨的尺寸在1毫米到1厘米之间的空间碎片数量超过1.3亿个。
在平均速度10千米/秒的情况下，哪怕是1厘米大小的脱落油漆都能造成相当于一个250千克的物体以近100千米/小时速度运动的破坏。一块10厘米大的碎片，相当于7千克的TNT。因此，这些碎片轻则造成航天器损坏，重则酿成灾难性事故。
受损的Canadarm2号机械臂（图片来源：NASA）
撞坏一个航天器不可怕，可怕的是，这些报废的火箭、卫星和其他太空垃圾在轨道上堆积，还可能造成其他碎片相撞。而一次碰撞产生的碎片又可能撞到其他垃圾，进而产生更多碎片，最终造成失控的级联连锁反应，即凯斯勒现象（Kessler Syndrome）。
例如，ESA与瑞士一家名为ClearSpace的轨道碎片清除初创公司合作，本打算在2025年发射碎片捕获机器人ClearSpace-1，捕获一块2013年遗留在太空的火箭残骸（Vespa）。然而，机器人还没发射，原本要清理的Vespa周围已经出现了更多碎片，而这很可能是一些难以追踪的小碎片撞击Vespa造成的。
随着近地轨道上的活跃卫星越来越多，如果不对太空垃圾数量加以控制，凯斯勒现象一旦引发，最终的结局就是再也无法发射新的航天器。目前，科学家正在改进设备，使监测更小的碎片成为可能；与此同时，人们也在寻找避免新碎片产生的方法。
ClearSpace-1概念视频（图片来源：ESA）
ESA今年已经为太空探索设立了新的标准，旨在到2030年实现不再产生新的太空碎片。10月2日，美国联邦通信委员会（FCC）也对美国第二大卫星广播服务提供商Dish Network开出了一张15万美元的罚单，因为该公司的直播服务卫星EchoStar-7在去年结束服役时未能重新调整到避免与其他人造卫星碰撞的报废轨道，而这也是全球首笔针对太空垃圾的罚款。
愿我们的地球越来越干净，太空也是如此。
参考链接：
https://blogs.nasa.gov/spacestation/2023/11/01/astronauts-enter-station-complete-spacewalk/
https://www.youtube.com/watch?v=q6xAOtRUbtk
https://planet4589.org/space/gcat/data/cat/satcat.html
https://www.popsci.com/technology/iss-toolbag-lost-spacejunk/
https://earthsky.org/human-world/orbital-oopsy-a-tool-bag-is-now-orbiting-earth/
https://www.youtube.com/watch?v=6vfxTXWWlHc
https://www.businessinsider.com/nasa-astronauts-lost-items-in-space-dropped-bag-2023-11
https://www.youtube.com/watch?v=_FFNz2q7F88
https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/03/30/nasa-astronauts-lose-key-piece-of-iss-shield-and-now-its-floating-free-in-space/
https://www.bbc.co.uk/newsround/65484898
https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/nesc/space-debris-understanding-the-risks-to-nasa-spacecraft/
https://spacenews.com/op-ed-damage-to-canadarm2-on-iss-once-again-highlights-space-debris-problem/
https://www.esa.int/Space_Safety/Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers
https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/white-sands/micrometeoroids-and-orbital-debris-mmod/
https://blogs.nasa.gov/spacestation/2023/08/24/station-preps-for-new-cargo-crew-and-avoids-space-debris/
https://www.universetoday.com/162885/the-irony-clearspace-1-couldnt-clean-up-space-debris-because-its-target-already-got-hit-by-space-debris-creating-even-more-space-debris/
https://www.esa.int/Space_Safety/Clean_Space/ESA_s_Zero_Debris_approach
https://www.popsci.com/technology/fcc-space-junk-fine/
本文来自微信公众号“环球科学”。如需转载，请在“环球科学”后台回复“转载”，还可通过公众号菜单、发送邮件到[email protected]与我们取得联系。相关内容禁止用于营销宣传。
《环球科学》11月新刊正在热卖
各电商平台均有销售
微信扫码关注该文公众号作者