1983年6月，挑战者号的第二次飞行中发生了一件奇怪的事情。在进入外空后的第三天早晨，机组人员在挑战者号舱外的前窗上发现了一个豌豆大小的洞，似乎是在飞行路途中被一颗砾石击中了吊舱的挡风玻璃。飞行后更换了被损坏的窗玻璃，仅此一项就花费了50，000美元。一台电子扫描显微镜显示了这颗小砾石的痕量：铝、碳、钾、二氧化钛。结果证实击碎挑战者号玻璃的不是砾石，而是一粒像盐粒大小的涂料，它的飞行速度是每小时8，000英里。

过去这种小颗粒一向被认为是无关紧要的。但这个事件却严肃地提醒人们：在未来的太空探索中，在轨道中运行的碎片将会随时袭击我们。自从1957年以来，人类共发射了20，000多件飞行物进入地球轨道。现在仍有三分之一多的飞行物继续存在于轨道中，其中有不到5%的飞行物仍在使用中，其余的均成了碎片、微粒和残骸，它包括失效的火箭，解体的卫星，断电的电池组，甚至有废弃的核反应堆，总重量达3，000吨以上，足以建造一艘小型军舰。它们杂乱地充斥在地球周围的空间里。最令科学家担忧的是由于这些碎片构微粒太小，所以无线电探测器也无法测出其位置，一块以轨道速度运行的BB - size铝块的破坏力与一个时速为60英里的球体相同。轨道中的一个弹子大小铝球所具有的潜能与10层楼上400磅的重物相同。假如挑战者号撞上了一个飞速运动的螺栓或者是一个旋转而来的旋凿，那么必将酿成大祸。更糟的是，这些废物在不断地分裂增速。一个弹子大小的物体和一个火箭主体相撞后会产生成千的碎片。目前已知的太空丢弃物中几乎50%是碎片。物体碰撞分裂后会加速，这对宇宙飞船构成的危险也增大了。

当人类的太空活动扩大到整个宇宙时，太空轨道的污染物也威胁到了地球。到1990年底美国国家航空航天局将把结构复杂耗资巨大的γ射线观测台和哈勃太空望远镜送入布满着碎片的地球空间轨道。到本世纪末，他们还计划把大气层的最大航天器“自由号”太空站发射升空。据最近报道，宇航员为了能在舱外的太空中行走，需要长期监测宇宙环境中的碎片状况，以防不测。另外，美国军方也希望立刻部署并且试验它的“战略防御计划”，设计出的卫星将去侦查并击毁敌人的导弹，使之成为碎屑。人类所有这些在地球轨道上从事的冒险事业都将受到太空碎片的威胁。而这些碎片又是来自于冒险事业本身。有人甚至预言：到21世纪近地球附近的太空领域的科学技术将变成自我毁灭的牺牲品。

自从人类开始太空探索，碎片的产生就成了不可避免的事情了。卫星的升空需要多级式火箭的运送。大约在60英里的高度上，三级式火箭的第一级烧尽并落回地球，通常落入海中，而它的助推航空器则进入低空轨道。第二级火箭烧尽后成了金属碎片。第三级火箭在把其有效载荷送到位置之后也解体成碎片。运行着的卫星不断地丢弃着有关的物品：其中至少有两级火箭、宽大的夹子、弹簧、螺栓、太阳能板、透镜罩和仪器的覆盖物。碎片的总量比一块大理石还要大，估计有20，000到60，000块之多，但也可能更多一些。数量的不确定性也给防范带来了困难。

轨道中废弃的火箭爆炸可能会生成成千上万的碎片或微粒。在这些固体微粒中以铝最多。铝燃烧后会重新凝结。这些到处飞扬的微粒实际上极易撞￡宇宙飞船初精密仪器的表面，摩擦掉其表面的一小片油漆，巨大的速度会使这一小片油漆变成一颗子弹，最终会发生类似挑战者号“油漆袭击”的事件。如果这粒油漆击中了一个正在太空中行走的宇航员，可能使其丧生。专家们估计：每年都有成千上万英磅的氧化铝粉末弥漫在运行轨道中。

令科学家们最担忧的是碎片、微粒和废弃物的激增趋势。自从1961年以来，130多个庞大飞行体在它们运行的轨道中已成了纷纷扬扬的碎片。偶然间，剩余的燃料在一个失去效能火箭级中爆炸，空中又多了几千块金属碎片。为了防止这类悲剧的重演，现在许多太空计划都要求所有的火箭把它的有效载荷送入轨道中后，都必须要烧尽过剩的燃料。

作为人类探索太空的副产品——这些太空碎片大都聚集在地球上空550英里的近地球轨道上，而这里正是太空飞行物来往频繁之地，再加之飞行物上的各类精密的科学仪器大多是比较娇贵的因此每一次太空飞行都险象环生。另外，沿轨道运行的太空碎片的增多也给天文学家带来了极大的烦恼。地球上天文学家在观测宇宙时必然遇到一个难题就是“闪烁效应”，这是由于地球大气层折射恒星的光线而产生的。在轨道上安装天文望远镜似乎可以不受大气层的阻挡而观察星星，但实际上绝非如此，闪烁的太阳光，大量的太空废弃物和各种颜色的微粒在近地球轨道的运行都会在太空望远镜的底片上留下类似流星和彗星的图案，这真是一叶障目，不见泰山啊。当然，这对陆地上的望远镜也有一定的影响。

其实，我们解决太空碎片问题有一个有利的条件，这就是任何升空的东西最终都要落地。当然，不同高度的物体在空中停留的时间各不相同。一个游戏中用的玻璃弹子在300英里的高空中可停留一年左右。而如果它在空气稀薄的500英里的高空中则可停留达30年之久，在900英里以上的高空中则可保持几个世纪之久。由于太阳活动复杂，太阳黑子、日晕和磁场的变化均以11年为周期不断地出现高潮，这就导致了太阳紫外辐射的变化和大气层的扩张和缩小，也增加了在高空400英里以下运行体的阻力，由此就加速了近地球轨道中太空垃圾的清扫。

由于大气层密度的不断变化和太空物体运行轨迹的不确定性，所以要预测什么时候有多少太空物体坠入大气层就相当困难。但有一点是明确的，就是大气层自身清除太空物体的速度是远远赶不上人类太空事业的蓬勃发展速度。目前，太空物体从低空轨道坠落地面的速度大约等于人类向高空发射物体的速度。人类向太空发射的飞行物（其中包括从更高一层太空坠落的），使太空每年共增加400个以上的飞行物，而在过去的几十年中人类发射的年增长率为5%。

随着轨道物体的增加，碰撞的可能性也增大了。按照目前的状况计算，碰撞的机会增大了50%，即到2000年，每一物体都至少有1次灾难性的碰撞。由于碰撞时的速度极高，材料迅速熔化并即刻凝固，这会产生成千上百万的非轨道运行的微粒，并有可能发生简单的化学爆炸和机械破裂。保守的估计：碰撞后分裂成的大量非轨道运动的物体的运动速度要比碰撞前增大1倍。—项正式提交美国国家安全理事会讨论的报告说，如果现在还不采取措施控制太空弃物的产生，那么到2010年，太空弃物就会增加3倍，即有20，000吨，到那时太空站每5年就会受到弹子大小的物体撞击一次，一些卫星的防护层将是特制的，防治太空弃物的侵袭也成了一个棘手的问题，而且人类在太空中的行走将成为极其冒险的行动。到21世纪中期，在太空中的碰撞将会泛滥成灾。两块大型物体碰撞后的碎片会产生连锁碰撞，而产生的更小碎片速度成倍增加。这样就使太空环境变得具有“极大的不稳定性”。

近几年来，科学家已经发现太空中的污染物——γ射线，这种太空中的核污染比地面上的更具危险性和更难解决。1980年从Solar Max卫星发射的γ - 射线分光计不久便记录了突然出现的异常数据。γ - 射线存在于空中一条宽阔的能量带中，而γ - 射线本身也是一种能量。这在当时引起了人们的普遍兴趣。不幸的是这种能量所处的位置离我们人类太近了。自本世纪60年代后期以来，苏联已发射了34颗雷达海洋侦察卫星，用于监测美国军舰的行踪。这类运行高度较低的卫星的动力来源是小型核反应堆，由于它不是密封的，所以不断向周围的大气中放出电子、正电子、γ - 射线和中子。

废弃的反应堆对人类构成了很大的威胁。当一颗雷达海洋侦察卫星完成它的使命时，它的反应堆便自动关闭并与卫星分离，然后进入更高的运行轨道，它的高度为600英里，这是另一个太空物体的聚积带，因此这些反应堆比在原位置更易发生碰撞，其后患无穷。1978年核动力卫星Cosmos 954与它的两个反应堆分离失败，最后一起坠毁于地球表面，结果在加拿大西北地区面积达40，000平方英里长形地带上抛下了零星的放射性残骸。

太空碎片问题有什么解决途径吗？怎样才能防止沿轨道运动的物体大量聚积呢？美国政府委托一个专家小组就这个问题提交一份详细报告。在去年（1989年）提交给联合国安理会的最后报告中，专家小组推荐了几个可行的方案。

首先，发射程序可以有所更改。宇宙飞船和助推火箭可重新设计，以减少产生的大量太空垃圾。在升空过程中，分离部分和其它遗弃的外壳尽可能在低空处理。例如，可将其抛向海中以防止它们作轨道运动。当然，这种办法将会使卫星或飞船的功能复杂，成本提高。因为在飞行的最后阶段，飞行体不得不自己进入轨道。火箭助推器也可被重新设计以安全返回大气层，或者通过在其上固定拖曳装置（如气球），以使其脱离运动轨道。

—项建议是卫星也可以被设计成按特定的轨道运行，就是当卫星完成了它们的使命时，仍能完整地返回地球。而另外一些专家则建议，将废弃的卫星送入一个“处理”轨道，尽管谁也无法确定到底是否真有这种轨道。不论是上述—种建议，卫星都将必须更改设计以提高导向能力和装备二次动力设施。

小规模的太空碎片是易处理的。早期从事太空活动的宇航员所遗留下的太空杂物显然也在控制之中，即使宇航员在宇宙飞船之外进行活动时，任何工具和器材也是不允许随处乱丢的。值得一提的是科学家们正在研制一种氧化铝火箭燃料的替代物。美国国防部也在研究把自由粒子作为战术导弹的可能性。为什么不把这些研究应用于太空以减少太空碎片呢？当然，实质性的措施是清理地球周围的环境，这也许要耗资巨大，关键是要有巨大的运载工具能够灵活收集在轨道运行的其它物体。事实证明太空穿梭机在近地球轨道上收集卫星的能力是有限的，而对于更高轨道上的物体则就需要一种更先进、更自动化的截击运载工具。

污染对于海洋而言曾被认为是无关紧要的，它那宽阔无垠的胸怀似乎具有无限的吸收净化能力。今天我们已知道事实并非如此。由于沿海经济的发展，人类不断向大海中倾泄垃圾和污水，严重威胁着海洋生物和海岸带资源。现在外层空间也成了人类的垃圾仓，与地球上的垃圾仓不同的是空间轨道上的废物是由众多国家的缺乏远见所致。因此制定一项长期的全球性的政策是解决这个问题的唯一途径。当然进行这样的努力需要一系列明智的国际性的协议和权威性的法律。为了使世界各国的太空计划在安全与和平的气氛中实施，我们为此做出一切努力都是绝对必要的。

[The Science，1990年7~8月]