2031年国际空间站退役会带来哪些污染？

中科院物理所 · 公众号 · 物理 · 2024-12-13 11:50

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2021年11月8日，SpaceX龙飞船奋进号在脱离国际空间站和谐舱面向太空的对接口后，在轨道实验室周围飞行时拍摄的国际空间站。（图片来源：NASA Johnson）

国际空间站看起来像一个问题儿童

作为地球轨道的前哨，国际空间站正受到裂缝、冷却剂和空气泄漏的困扰，最近甚至从一艘刚刚抵达的俄罗斯进步号货船中飘进了大量的异味。此外，空间站还会时不时地与太空垃圾发生高速、近距离接触，这使得空间站成为了一个危险的住所。因此，人们越来越担心，这个老化的综合设施已经无法为乘组人员提供一个安全可靠的太空家园。

尽管国际空间站计划于2031年安全、可控地脱离轨道并进入远洋区域，但以其目前的状态来说能否维持运行到2030年尚有不确定性。一些人开始质疑这种自杀式降落的安全性，因为它最终可能会污染地球的空气和水。

猫王式动作

空间站的死亡俯冲很可能被冠以“猫王式动作”，因为国际空间站就像猫王（埃尔维斯·普雷斯利（Elvis Presley））歌词里的“只是一大块，一大块燃烧的爱”，随着它猛烈地坠入地球大气层，它的温度会越来越高。

国际空间站以可控方式降落的可能海域位于南太平洋无人居住区内，这一区域位于尼莫点附近，正式名称为“海洋难抵极”。该区域是地球表面距离陆地最偏远的地点，通常被称为世界上最大的“航天器墓地”。

这片遥远的海域距离最近的陆地约1450海里（2685公里）。离其最近的北方陆地是皮特凯恩群岛一部分的迪西岛，最近的东北方陆地属于复活节岛之一的莫图努伊岛，以及最近的南方的陆地是南极的马厄岛。

尽管如此，国际空间站的退役计划还是引起了环境和空间研究界的关注，专家们正在细致评估国际空间站退役的利弊。

有些人想知道空间站燃烧对地球大气和海水的影响。以及，如果空间站的部分碎片由于再入过程不顺利而落到地面，那又该怎么办呢？

缺乏预警

今年早些时候，负责向NASA和国会报告的航空航天安全咨询小组（ASAP）发布了2023年年度报告。在报告中，它提出并再次强调了去年的一项建议，即“必须在可行的情况下尽快为国际空间站开发受控脱轨能力”。

虽然老化的设备表明国际空间站正在逐步接近寿命终点，并且需要一个可控的脱轨计划，但是ASAP也指出“必须注意到，严重故障甚至灾难性的故障可能会在较少警报或没有预警的情况下发生，因此我们有必要建立立即安全处置受损空间站的方案”。

ASAP在提交给NASA的最新报告中表示：“制定脱轨计划的紧迫性在2012年被首次强调，鉴于空间站的寿期即将结束，现在这项计划变得更加紧迫。”

最优解

SpaceX提供的计划中的美国脱轨飞行器的示意图，它将引导国际空间站在燃烧中陨落。（图片来源：SpaceX）

去年6月，NASA宣布选择SpaceX设计合同价值高达8.43亿美元的美国脱轨飞行器（USDV）。NASA一份关于计划使国际空间站脱轨的白皮书给出结论，“使用美国开发的脱轨飞行器，将最终降落目标设在海洋的偏远地区，是国际空间站寿命结束的最佳选择。”

德国布伦瑞克工业大学地球物理和地外物理研究所的研究员Leonard Schulz说：“考虑到NASA选择SpaceX公司一次性退役整个空间站结构，似乎技术路线已经制定好了。”

Schulz表示：“国际空间站450吨的巨大重量，是2019年人类航天器再入大气层重量的一半，是2023年再入大气层重量的三分之一，这些巨大重量只会加剧再入引起的大气问题。”“我们可能需要站在长远发展的角度上评估这次再入会给大气带来什么物质释放。”

海洋和大气污染

在意大利比萨信息科学与技术研究所的太空飞行动力学实验室工作的物理学家Luciano Anselmo表示，从原理上讲，对太空物体再入大气层所产生的碎片坠入海洋的担忧和抱怨是有道理的。

“然而，在科学和技术领域，定量论证也是相关的，再入大气的太空物体对海洋污染的影响很小。”他说，“自太空时代开始以来，从轨道返回并分散在陆地、海洋和大气中的重量约为数万公吨，这比第二次世界大战期间沉没的单艘战舰的质量还小。”

“即使是只有400吨左右的国际空间站，与每年沉没的所有船只和货物的重量相比，也微不足道，更不用说所有其他形式的海洋废物倾倒和污染。”

从相对定量的角度来看，与其他人为活动和自然现象相比，航天器的轨道再入，包括国际空间站的轨道再入以及其他可能的太空发射任务，都还不是海洋污染的重要来源。

“然而，对于高层大气来说，就不再是这种情况了。在高层大气中，太空发射和再入的影响可能变得越来越大，其可能的后果尚未得到充分评估。”

受控坠毁

2001年，俄罗斯和平号空间站在斐济纳迪附近的南太平洋上空进行了一次受控的再入，将这个130吨重的空间站坠毁。（图片来源：NASA）

与此同时，也有其他部门在评估国际空间站的坠毁。例如，美国环境保护署的水资源办公室正在调查这个复杂的问题。

海洋保护协会等游说组织正在寻求保护我们的水世界的途径，他们也对将海水用作各种人类剩余物的倾倒场表示担忧，这些剩余物包括塑料、轮胎、放射性废物或太空垃圾。

在国际空间站脱轨讨论中的另一个声音是英国埃克塞特大学绿色和平研究实验室的国际绿色和平组织高级科学家David Santillo。

Santillo说，绿色和平组织长期以来一直对在地球海洋上倾倒太空废品表示关注。这种关注可以追溯到2001年俄罗斯和平号空间站脱轨，当时130吨重的和平号在斐济纳迪附近的南太平洋上空进行了受控再入。

法律框架缺失

太空废物的处置及其对地球平流层的影响引起了大气研究人员的注意。（图片来源：Chelsea Thompson/NOAA）

Santillo说：“就目前的情况来看，没有国际法律框架来约束这个事情，这就是为什么我们多年前从和平号开始就提出了这个问题，以及为什么我们从那以后一直在跟进。”

Santillo建议，《伦敦公约》和《伦敦议定书》是一项旨在保护海洋环境免受人类活动影响的全球公约，它可能是一个解决国际空间站脱轨问题的合理途径，或许还可以启动规则制定程序。Santillo说，它可以在国际上提供一些具有一致性的做法，“但到目前为止，还没有具体的规定，如果我们能就这种推进的方式达成一致，那还需要几年的时间。”

但随着时间推移以及人们对如何安全关闭国际空间站的关注度越来越高，越来越多的组织可能会提出海洋处理废弃太空废物的新问题。

某些人开始不高兴了