人類如何有效清理太空垃圾

據(jù)國外媒體報道，盡管有很好的技術(shù)演示，但對于日益嚴(yán)峻的軌道垃圾處理問題，并沒有一個萬能的解決方案。一場太空時代的“共同悲劇”就在我們的眼皮之下悄然發(fā)生，或者確切地講，就在我們的頭頂之上正在進行著，然而研究人員對于如何阻止它，還沒有達成共識。半個多世紀(jì)以來，人類向近地軌道拋擲物體的數(shù)量越來越多，近地軌道現(xiàn)已變成一個以地球為中心的太空垃圾場，在這個日益擁擠的太空領(lǐng)域，各國對太空發(fā)射的限制條件很低，多數(shù)國家的態(tài)度一直保持寬容——在近地軌道上，似乎總是有空間可以發(fā)射航天器。

在經(jīng)歷幾十年的航天領(lǐng)域高速發(fā)展之后，近地軌道殘留了許多廢棄的火箭推進器，太空中漂浮著螺栓和油漆碎片，固體火箭發(fā)動機殘骸，報廢或即將報廢的人造衛(wèi)星，以及反衛(wèi)星測試散落的碎片，所以這些都可能對正在運行的航天器構(gòu)成威脅，最近該現(xiàn)象會惡性循環(huán)，導(dǎo)致近地軌道變得過于擁擠，航天器存在更大的安全危機。

不斷發(fā)射人造衛(wèi)星，碰撞風(fēng)險日益增大

當(dāng)前近地軌道可能變得更加糟糕，因為數(shù)以千計的人造衛(wèi)星即將升空，例如：SpaceX公司的“星鏈”，它將構(gòu)建一個寬帶互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，“星鏈”僅是眾多類似項目中的一個，另一個名為“OneWeb”的大型星座項目正在部署之中，亞馬遜公司的“柯伊伯項目”正在尋求不久的將來創(chuàng)建一個由3200顆人造衛(wèi)星組建的巨型衛(wèi)星群。

伴隨著人造衛(wèi)星群數(shù)量逐漸增多，軌道航天器也變得越來越險象環(huán)生，例如：國際空間站定期調(diào)整運行軌道，從而避開潛在的危險碎片，更糟糕的是，近地軌道全面碰撞威脅日益增大，產(chǎn)生越來越多的危險太空垃圾。2009年2月，一顆報廢的俄羅斯宇宙衛(wèi)星與一艘商業(yè)銥衛(wèi)星相撞，產(chǎn)生大量碎片。

尋找方法清除至少一部分太空垃圾，應(yīng)該是全球優(yōu)先考慮的事情。20世紀(jì)70年代末，科學(xué)家就預(yù)言可能出現(xiàn)的場景——隨著太空垃圾的密度增大，級聯(lián)、自維持失控產(chǎn)生的碎片碰撞將不斷循環(huán)發(fā)生，最終可能使低地球軌道變得太危險，無法維持大多數(shù)空間活動。

現(xiàn)在科學(xué)界已經(jīng)達成共識，太空碎片環(huán)境已達到一個“臨界點”，即使停止所有航天器發(fā)射，碎片也會繼續(xù)增加，但是只有銥衛(wèi)星類型的碰撞事件才能引起所有人的關(guān)注，而事實是此類碰撞事件已成為在所難免的事情。

至于凱斯勒綜合征，該現(xiàn)象已悄然開始了，目前近地軌道碰撞事件隨時都可能發(fā)生，但不是大規(guī)模碰撞事件。

關(guān)于潛在太空垃圾碰撞事件的各種猜測，促使科學(xué)家提出許多種太空碎片清理方法，例如：太空網(wǎng)、激光爆炸、太空魚叉、巨大泡沫球、太空繩索、太陽帆以及收集太空垃圾的機械手臂和觸手，這些方法均被提出作為清除軌道垃圾的解決方案。

為了應(yīng)對這種令人擔(dān)憂的狀況，一個新加入的項目是剛剛啟動的“太空清潔工演示周期結(jié)束服務(wù)（ELSA-d）”，這是日本一家衛(wèi)星服務(wù)公司“太空清潔工（Astroscale）”開發(fā)的兩顆衛(wèi)星任務(wù)，它包括一顆旨在安全移除軌道碎片的“服務(wù)”衛(wèi)星和一顆“客戶”衛(wèi)星。該項目旨在展示一種能捕捉穩(wěn)定甚至是翻滾物體的磁性系統(tǒng)，無論是用于處置，還是在軌道上維護，在經(jīng)過多階段測試之后，服務(wù)衛(wèi)星和客戶衛(wèi)星都將一起脫離軌道，在墜入地球大氣層的過程中解體。

目前，ELSA-d衛(wèi)星正在地球軌道上運行，該任務(wù)于3月22日通過俄羅斯“聯(lián)盟號”火箭發(fā)射升空，并將許多其他人造衛(wèi)星搭載進入太空。太空清潔工公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Nobu Okada表示，ELSA-d衛(wèi)星將證明其清除太空碎片的能力，并推動監(jiān)管方面的發(fā)展，推進報廢和活躍碎片清除服務(wù)的商業(yè)應(yīng)用，這次發(fā)射是朝著“造福子孫后代的太空安全和可持續(xù)發(fā)展”邁出的重要一步。

雖然ELSA-d衛(wèi)星和其他技術(shù)是清理太空碎片的積極進展，但它們并不是“萬靈藥”，盡管一些太空垃圾清除項目取得了成功，但僅靠這些任務(wù)仍無法完全解決當(dāng)前近地軌道的動態(tài)困境，而且太空垃圾的增長擴散勢頭基本上有增無減。

有通用萬能的太空垃圾解決方案嗎？

CelesTrak是一個跟蹤近地軌道天體的專業(yè)分析機構(gòu)，該機構(gòu)的科學(xué)家表示：“從我們的角度來看，處理太空碎片的最好辦法并不是如何清除它，該問題就像任何環(huán)境整治一樣，預(yù)防污染比以后清理污染更重要，也容易得多，這可以避免日后投入資金解決，也就是說當(dāng)完成一些太空任務(wù)后，不要將太空碎片殘留在近地軌道上。”

對于太空垃圾的問題，根本沒有“一刀切的解決方案”，移除巨大的火箭殘骸與移除同等質(zhì)量的更小物體是截然不同的任務(wù)，后者軌道運動范圍較大。與此同時，像SpaceX等公司的創(chuàng)新方案正在大幅降低發(fā)射成本，為更多衛(wèi)星進入近地軌道打開閘門。在近地軌道上，一些人造衛(wèi)星不可避免地出現(xiàn)故障，無法回收，最終成為漂浮的太空碎片，并對正在運行的人造衛(wèi)星構(gòu)成威脅，除非它們被類似ELSA-d衛(wèi)星的太空碎片解決方案清理，現(xiàn)在許多操作人員開始明白，繼續(xù)躲避越來越多的太空碎片有多么困難和復(fù)雜。

太空垃圾包括各種漂浮物體，從納米等級的殘骸碎片，到整個航天器，例如：歐洲航天局的環(huán)境衛(wèi)星，它有雙層巴士大小，是所有太空垃圾清除名單上最常見的。還有一些具有固定重量的物體，例如：金屬塊、像紙一樣薄的隔熱層，它們會對航天器造成不同類型的損害，可能需要不同的方案進行清除，但是一個“通用萬能”的方法是不可能做到的。

最大的太空垃圾風(fēng)險是1～10厘米大小的碎片，它們的數(shù)量遠遠超過報廢的宇宙飛船，而且發(fā)生碰撞的可能性也很大。雖然這種尺寸大小的太空碎片可能不會造成航天器災(zāi)難性破裂，但發(fā)生碰撞肯定會造成人造衛(wèi)星等航天器損壞，并產(chǎn)生新的、更多的太空碎片顆粒。

科學(xué)家們現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)向了巨型衛(wèi)星群，他們擔(dān)心近地軌道環(huán)境對這些衛(wèi)星的影響，因為這里已經(jīng)很擁擠了，軌道動力學(xué)是不可預(yù)測的。隨著越來越多的人造衛(wèi)星發(fā)射升空，希望能看到這些人造衛(wèi)星運營商發(fā)布他們長期的碰撞預(yù)測模型。

毫無疑問，主動清除軌道碎片在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。令人擔(dān)憂、也是最大的問題是，任何能夠清除現(xiàn)有太空碎片的成功技術(shù)，都可以作為反衛(wèi)星武器，這是另一件棘手的事情，需要外交和談判，最重要的是需要國際層面的信任。

近地軌道是一個生態(tài)系統(tǒng)，人類必須要保護環(huán)境！

事實上，近年來人類與近地軌道的航天器密切接觸、進行維修以及破壞，已引起軍事家的極大興趣，這些快速發(fā)展的技術(shù)有潛力用于和平的太空活動或者太空戰(zhàn)爭。考慮到這些技術(shù)能力的雙面性，人們事先不可能確切知道它們在某一天會被如何使用。

目前，太空碎片清除的商業(yè)案例并不能賺錢，與其說是一個真正的市場，還不如說是一個“幻燈片演示”。人們希望政府能幫助企業(yè)創(chuàng)建一個從事解決太空垃圾問題的市場，為了實現(xiàn)該目標(biāo)，正在進行太空探索的國家必須一致認可，近地軌道是一種像陸地、大氣層和海洋一樣的生態(tài)系統(tǒng)，它不是無限的，所以我們需要保護環(huán)境。

太空可持續(xù)性發(fā)展指標(biāo)類似于碳足跡，我們可以稱其為“太空交通”足跡。我們需要一種方法來量化“太空軌道公路”在什么時候會出現(xiàn)交通飽和、無法使用的情況，然后進行資源合理分配，并討論非自愿太空垃圾清理的問題，或許會對那些占用軌道空間的死亡資產(chǎn)的主權(quán)所有者處以罰款，這無疑會創(chuàng)造一個太空垃圾移除技術(shù)蓬勃發(fā)展的市場。

目前，我們還需要一個太空垃圾分類方案，有了這樣的分類，將有助于分析需要哪些類型的技術(shù)來消除太空垃圾的不同衍生。從整體而言，這是一個簡單的數(shù)字游戲：航天器發(fā)射數(shù)量遠超出它們返回地球的數(shù)量，按此速率發(fā)展，這不是一個很好的能量平衡。

部分國家的政策制定者對太空垃圾解決問題的反應(yīng)仍然遲緩，畢竟盡管像2009年銥衛(wèi)星碰撞這樣的事件產(chǎn)生了大量的太空碎片，它就目前而言此類現(xiàn)象仍然非常罕見。衛(wèi)星碰撞事件就像泰坦尼克號上已有乘客感覺到即將撞擊冰川，但甲板上仍有樂隊在演奏。太空垃圾是一個人們能意識到風(fēng)險卻存有僥幸心理的問題，就危險的太空碎片而言，其發(fā)展態(tài)勢在朝著對人類產(chǎn)生威脅的方向發(fā)展，因為我們沒有改變?nèi)祟惖男袨椋磥硖绽鴰淼耐{將越來越大。