威脅衛星安全的太空垃圾能否清除

國際空間站20天內「挪窩」兩次，只為降低軌道高度躲避太空垃圾；一塊微小的油漆斑點，在太空高速飛行中撞擊衛星，可能引爆一場航天大國間的外交甚至軍事衝突……

為應對太空垃圾帶來的重重問題，日本宇宙航空研究開發機構計劃今年秋天起開展相關清除實驗。其核心方案是，利用磁場中有電流經過會使物體產生運動的原理，通過一條700米長的電線，給高速飛行的太空垃圾通電，使其減速後墜落於大氣層燃燒殆盡。

太空本是廣袤無垠的空間，卻由於人類活動而日益擁擠。規避空間碎片幾乎成了各種航天器、衛星和國際空間站的「規定動作」。這些太空垃圾是如何產生的？其嚴重性是否被擴大了？相關清理技術真的有效嗎？

一塊「阿司匹林」就能把衛星撞殘廢

1965年，美國宇航員愛德華遺失的手套，以時速近2.8萬千米的速度在太空飛行。好在，這隻殺傷力大的手套，最終在大氣層被燒毀。

2007年，國際空間站宇航員安德森在太空行走期間，將一個635千克重的有毒氨水罐拋入太空。16個月後，這個電冰箱大小的太空垃圾墜入澳大利亞和紐西蘭之間的茫茫大海，沒有擊中過往船隻。

但在人類航天史上，太空垃圾造成的事故也並不少。1983年，「挑戰者號」太空梭與一塊直徑0.2毫米的塗料碎片相撞，導致舷窗被損，只得提前返回地球。1986年，「阿麗亞娜號」火箭進入軌道後不久便發生爆炸，形成了564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片。這些密集的「彈丸」，後來直接造成兩顆日本衛星失靈。

太空垃圾，又可稱為軌道碎片，特指宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體。它的來源非常廣泛，如「退休」的衛星；報廢的火箭助推器；宇航員作業時留下的航天服、工具鏟、老虎鉗、相機、牙刷；航天器漏出的固體、液體，以及航天器碰撞過程中產生的碎片，等等。

目前，地球軌道中飄浮著難以計數的太空垃圾，其中至少有2萬塊大尺寸碎片可在地面進行追蹤。最大碎片相當於一輛公共汽車，可觀測到的最小碎片與壘球相當。科學家指出，一塊阿司匹林藥片大小的碎片就能把人造衛星撞成殘廢，大於10厘米一個棒球大小的垃圾則可能直接撞碎航天器。

中國國家航天局秘書長田玉龍介紹，太空中毫米級以上的空間碎片數以億計，總數量達幾千噸。同時，世界各國發射了6500多艘航天器，廢棄衛星有5000多顆，它們隨時有可能墜入地球。更嚴重的是，環繞地球軌道的碎片數量，以每年2%~5%的速度遞增。按照這個速度計算，如果不加以清理，那麼近地軌道在300年後就可能被垃圾填滿。

一塊「阿司匹林」能把衛星撞殘？太空垃圾能否清除

雷達築成「監視籬笆」激光脈衝射殺軌道碎片

太空垃圾隱患巨大，各國、各地區的科研機構都在積極嘗試破解。

目前，國際空間站專門加設防護層以應對小碎片。歐洲航天局規定，衛星應作鈍化處理，即衛星被撞後也不會發生爆炸，從而避免產生更多的碎片。

美國曾啟用9個陸基雷達陣組成「太空籬笆」，系統監視空間碎片。目前，這一系統正升級到第二代。有報道稱，它將能追蹤超過20萬個直徑大於2厘米的太空垃圾。

瑞士航天中心正在研發一種超快仿生手臂，將其安裝在「清潔空間一號」衛星上，捕捉並回收太空垃圾。這個機械手臂的特點是「超快」——能在0.05秒內抓住各種不規則形狀的拋擲物。按照計劃，「清潔空間一號」的發射時間定在2018年。

日本理化學研究所的科學家們則提議為國際空間站安裝一個激光系統，用於「射殺」太空垃圾。這個激光系統可利用空間站上的望遠鏡，搜尋和鎖定約100千米外的太空垃圾，而後發射激光。強大的激光脈衝能夠將太空垃圾推入地球大氣層，最後迫使其在大氣層中燃燒殆盡。研究小組認為，這個激光系統能夠在5年內清除大多數太空垃圾。

更具環保意義的嘗試則是「二維宇宙飛船」。這種航天器使用特殊的二維薄膜材料製成，可以包裹住太空垃圾並使其離開軌道。據美國宇航局介紹，「二維宇宙飛船」面積大小為1平方米、重量約為35克，發射成本大為減少。

中國政府也注重從源頭上減少空間碎片的產生。記者了解到，我國的航天科研人員已對在役長征系列運載火箭實施了末級鈍化處理，並多次就廢棄衛星實施了離軌處置。

既要發展技術手段還需制定太空「交規」

從現有技術角度來看，諸如激光燒、機械手抓取等清理太空垃圾的設想，都面臨一些難題。

以「清潔空間一號」為例，機械手臂捕捉太空垃圾時，容易受到陽光的干擾。陽光反射會擾亂視覺處理系統，影響速度和距離的估計。這就對任務操作的精密性提出了極高的要求，研究人員必須考慮各種參數，如太陽的光照角度、立方體衛星物理數據、移動的相對速度和所有與測量有關的不確定性，以及衛星自身旋轉速度等。同時，還要努力完善視覺信號處理的項目，確保太空操作處理器的高性能。

使用激光粉碎太空垃圾的方法，也有一個「先天不足」，即無法處理直徑小於10厘米的太空垃圾。而為了消除這些較小的太空垃圾，科學家設想在太空飛船上裝配網狀結構進行篩選。但這種太空飛船的動力，從何而來？

清華大學研究人員有針對性地提出了一種解決措施：首先，太空飛船使用網狀裝置捕獲太空垃圾，收集的太空垃圾通過激光進行消化處理，或者使用特殊研磨球處理成粉末。之後，將這些粉末狀太空垃圾放置在極端溫度條件下，使其轉變成可作為火箭燃料的等離子體。然而，有批判人士認為，這一設想過於完美、難以實現。

事實上，要真正解決太空垃圾難題，不僅要藉助於技術手段，還需要國際社會協同合作，制定統一太空「交規」。航天專家葉培建認為，除了進行碎片防護、防止太空垃圾導致的碰撞，還應協同各國進行軌道位置的合理有效分配。

「隨著空間飛行器的增多，軌道位置的分配問題日漸受人關注。一個空間的軌道位置，尤其是地球同步衛星軌道，其實非常有限，需要國際上進行合作，按需求和可能予以優化。」葉培建呼籲，還有必要考慮用好當前看來「不太好的軌道位置」，做到開源節流。

在這方面，目前國際組織初步訂立了幾項原則。具體包括：飛行器壽終正寢後，有能力離軌即離開有用軌道；對已編號的全部碎片，要進行全程跟蹤，目的是讓太空梭、空間站、衛星對較大碎片進行避讓；在飛行器設計的時候，應考慮如何針對小碎片碰撞進行有效防護等。

此外，有能力移除空間碎片的國家，就有可能摘除別國的航天器，從而威脅太空安全秩序。這在一定程度上制約著太空垃圾的清理。

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