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太空碎片垃圾成灾 盘点几种潜在清理方案 – BBC News 中文


Artwork: ClearSpace-1图片版权
ClearSpace/EPFL/J.Caillet

太空垃圾日积月累,近地轨道上拥堵状况严重,10年前已有科学家疾呼接近极限,安全隐患触目惊心。

清理太空垃圾的努力过去几十年来一直没有间断,但普遍认为这方面仍面临重大的技术和经济挑战。航空航天大国之间围绕谁制造更多太空垃圾的争执还在继续,而相关的国际共识或法规有待制定。

于此同时,有分析指出,到2035年太空碎片监控和追踪市场将达到一亿英镑规模。

英国太空署(UKSA)刚刚宣布拨款100万英镑,用于资助太空垃圾追踪科技创新,称这一领域(SST)已经发展到需要创新思维的阶段,鼓励私营部门和科技新创企业参与研发。

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NASA

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太空垃圾触目惊心

垃圾泛滥成灾

太空垃圾主要指废弃的卫星残骸和其他没有彻底焚烧的金属碎片。

据估计,目前有大约90万片大小介于指甲盖到保龄球的太空碎片,在近地轨道以接近3万公里的时速运行。

它们对卫星、火箭、空间站构成极大威胁,平均每年有一颗卫星被太空碎片击毁。

太空垃圾的主要來源國

2019年10月火箭殘骸和碎片數量

这种威胁随着人类太空活动的增多而与日俱增。除了已经在天上的几千颗商用、军用和科研卫星,今后几年还有数千枚将陆续升空。

美国宇航局(NASA)数据显示,目前地球轨道上的人造物质总量超过7600吨;美国空间监视网(SSN)正在跟踪2万多件体积较大的残骸碎片。

太空碎片相撞并引发连串撞击,导致卫星运行轨道整体污染,即“凯斯勒效应”,也是一大威胁。

2007年,太空碎片数量激增,因为中国在一次反卫星装置试验中有意击毁了“风云-1C”气象卫星。两年之后,美国“铱33”通信卫星与俄罗斯报废的“宇宙2251”卫星发生碰撞。这两次事件都在很长一段时间内产生持续性的后果。

美国国家航空航天局在实验室以最高1700英里/小时的速度射出碎片,对试验板进行测试(图片来源: Nasa)图片版权
NASA

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美国国家航空航天局在实验室以最高1700英里/小时的速度射出碎片,对试验板进行测试

追踪监测

追踪太空碎片的传统方式包括雷达和光学仪器。

美国空军的“太空篱笆”项目就是使用雷达来跟踪大约20万件太空垃圾。

2014年8月,美国军工巨头洛克希德-马丁公司和澳大利亚光电技术公司EOS签约,合作追踪太空碎片,用关穴和激光技术搜寻、跟踪并识别太空残骸,合作内容包括在澳大利亚新建追踪站。

2017年12月,国际空间站实验舱外连接了一个工具箱大小的碎片感应器,随空间站围地球轨道运行,探测毫米级碎片,以及碎片撞击所有物质的数据,辨别撞击物是太空陨石还是人造垃圾。

另一个太空大国俄罗斯,与巴西签署设置新的太空碎片追踪望远镜协议。

除了政府层面的项目,私营部门也越来越多参与太空垃圾检测追踪,包括设立或运营地面感应器系统和太空望远镜网络,并向卫星运营机构出售相关数据。

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Getty Images

清除垃圾

掌握碎片行踪后就可以通过改变碎片的运行轨迹来避免撞击,但碎片数量巨大,防范难度较高,且难以对付所有的碎片垃圾。

多个国家和一些私人公司正在测试多种移除太空垃圾的方法,其中包括发射捕捉太空垃圾的“鱼叉”捕捉器、磁铁和大网等。

欧洲2018年6月发射卫星,测试太空垃圾清理回收的可能性。测试的关键技术包括:视觉导航系统、捕捉碎片的网和叉、迫使碎片减速后脱离轨道坠入大气层的装置。

这项称为REMOVEdebris任务的协调机构是位于英国南部的萨里太空中心。

“太空鱼叉”可以击碎较大的太空垃圾,尺寸与钢笔相仿。击碎的垃圾通过垃圾搜集网和脱轨装置进入大气层自行焚毁。

如果REMOVEdebris装置获得成功,欧洲后续将启动更多的任务,也希望商业机构后续跟进参与。

欧洲航天局选择报废的卫星测试通过e.deorbit航天器将不受地面控制的物体安全地清除出绕地运行轨道。

航天器上安装了感应器,以便安全接近卫星,与国际空间站等受控制的物体对接。

2018年英国太空清理舱上天图片版权
NASA/NANORACKS

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清除残骸(RemoveDebris)实验卫星项目由英国萨里太空中心协调

2012年 2月,瑞士科学家启动清理太空垃圾卫星计划,“清洁太空一号”(CleanSpace One )卫星的任务是在环绕地球运行的过程中收集轨道上的太空垃圾,然后携带垃圾返回地球,而返程中这些垃圾会在大气层焚毁。

2016年,日本发射“鹳”号货运飞船,为国际空间站运送给养的同时,测试清除太空垃圾技术。

飞船在太空飞行途中释放出一条金属导索,使其吸附到太空垃圾的表面,通过金属导索向其放电,利用物体在磁场中通电后会发生运动的原理,让其减速。在低于围绕地球旋转所需的速度后,坠入大气层,与大气层摩擦烧毁。

欧洲航天局计划在2025年发起首次清除地球轨道碎片垃圾的太空任务。

英国太空署希望英国企业积极参与太空垃圾追踪市场,目的是吸引更多卫星运营商到英国落户。

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