太空垃圾 从何扫起

■新宇，本报见习记者

来源:欧空局

7月2日，CryoSat-2号卫星像往常一样，在地球表面上空700多公里的轨道上运行，监测地球上的冰。但在这一天，欧洲航天局(欧空局)的工作人员发现，一块空间碎片正在不受控制地飞向价值1.4亿欧元(1.62亿美元)的卫星。

工程师们发现，通过追踪两个物体的运动轨迹，它们之间发生碰撞的可能性越来越大。因此，为了防止碰撞，欧空局于7月9日启动了CryoSat-2上的推进器，并将其送入更高的轨道。推进器启动仅50分钟后，太空碎片以4.1公里/秒的速度飞驰而过。

在低地球轨道上有大量的旧卫星、火箭碎片和碰撞碎片。如何减少这20，000个物体对太空交通的威胁是研究人员面临的一个难题。

2017年，全球发射了400多颗卫星，是2000年至2010年平均年发射量的四倍多。未来几年，如果波音、OneWeb等公司继续向太空部署数百至数千颗通信卫星，这些即将发射的“巨型卫星”数量将继续增加，这必将给太空交通带来灾难。

空间废物轨道转移需要额外的能量消耗。

南京航空航天大学航空航天学院教授文新告诉《中国科学日报》，根据国际要求，航天器在寿命结束后通常需要重返南太平洋的“太空垃圾站”，而火箭碎片或其他大型卫星碎片由于技术原因将形成空间碎片。

自2000年以来，空间废物协调委员会等国际组织制定了实现空间可持续性的准则。这包括在卫星使用寿命结束后，通过排放剩余的燃料或其他可能导致爆炸的压力来停用卫星。一些组织还建议将卫星降落到大气中足够深的地方，让它们燃烧或解体。

以火箭残骸为例。中国空间技术研究院总体设计部的研究员尤瑞认为，由于改变火箭的轨道需要消耗燃料，火箭可以以运载效率为代价运载某些动力燃料，并在完成任务后自动离轨。

"但到目前为止，只有大约一半的太空任务遵守了这一准则."欧空局太空垃圾办公室主任霍尔格·克拉格(Holger Krag)说，“毕竟，他们可能不会花钱把卫星从太空移走。”因为卫星的每一次运动都消耗时间和燃料。

随着轨道上物体数量的快速增长，这些潜在的碰撞风险越来越高。人们正在努力研究解决这个问题的新方法。

指挥交通以避免事故

理论上，卫星运营商可以允许这些卫星在某个空间安全飞行，而不会接近其他物体。因此，一些科学家正试图确定垃圾的位置，并通过避免可能的碰撞来解决太空垃圾的问题。"如果你知道它们在哪里，你几乎永远不会有碰撞的危险."美国航空航天公司的太空垃圾专家马龙·索奇说。

这类似于道路或空中交通管理，所以这个领域可以称为空间交通管理。德克萨斯大学天体物理学家莫里巴·贾说:“就像在机场一样，飞机像一串珍珠一样排列在空中，在精心规划的路线上安全着陆和起飞。这是因为空中交通管制员能够精确地将飞机的位置掌握到1米。”

对于空间碎片，情况就不同了。因为并非轨道上的所有物体都是已知的，所以即使是数据库中的物体，跟踪的准确度也不同。最重要的是，目前还没有一个目录能够准确地列出所有已知的太空垃圾。

"这是因为目前地面望远镜或雷达只能观测到10厘米以上的空间碎片。"文馨说。根据一份新的报告，美国国家航空航天局已经将观测到的10厘米以上的空间碎片汇编成一个数据库，并向全世界公开分享这些信息。1厘米以下的空间碎片不会造成太大损害，只会磨损。然而，1厘米到10厘米之间的中等大小的空间碎片是非常有害的，而且有压碎航天器的危险。然而，目前还没有关于这种中型太空垃圾的信息。

因此，如果超过10厘米的空间碎片接近轨道，我们可以提前收到预警信息，“我们不能挑起或隐藏吗？"我们可以主动改变航向，避免碰撞. "北京大学地球与空间科学学院教授焦伟新说。

垃圾清除实验是基于

当收到碎片撞击的警告时，为了评估即将发生碰撞的风险，人们需要知道要撞击的物体是什么。

普渡大学天体动力学研究员卡罗琳·弗鲁埃正与美国空军合作，试图开发一种能够快速破译轨道物体细节的方法。例如，通过研究一个物体如何反射光线，可以推断出这个物体是不稳定的还是稳定的。

一旦研究人员知道轨道物体是由什么组成的，他们有许多方法来减少它的威胁。一些科幻建议包括使用磁铁清除空间碎片或通过发射激光消除/转移轨道碎片。据了解，英国萨里大学的研究人员将在未来几周内使用“网”捕捉测试卫星。这颗被捆绑的卫星将被拖出轨道，并在地球大气层中被烧毁。

然而，考虑到轨道上的大量碎片，这种清理空间碎片的方法从长远来看并不十分实用。一些科学家认为发射方对根本原因负有最终责任，这是一个良性的解决方案。

例如，亚利桑那大学的天体物理学家艾伦·罗森格伦正在研究一种新方法，试图利用太阳和月球的引力，即所谓的共振原理，将废弃卫星送入轨道，并最终摧毁它们。

7月，在加利福尼亚州帕萨迪纳举行的一次空间会议上，罗森格伦报告了自20世纪60年代以来美国轨道地球物理观测卫星的状况。科学家发现，改变发射日期或时间，哪怕是15分钟，也会导致卫星在轨道上停留非常不同的时间。这些信息可以用来帮助计算卫星离开发射台的最佳时间。

余睿对此提出质疑。他认为，卫星和火箭的发射时间以及进入轨道的时间受到许多因素的影响(如复杂的环境因素)，这些因素是通过精确的设计规划获得的，不容易改变。

尤瑞说:“关于清除空间碎片，有许多猜测，比如激光碎片清除、用‘网’捕获卫星以及太阳能改变卫星轨道，但最终结果必须基于实验，而且只能经得起严格的计算和验证。”

中国科学新闻(2018-09-20第三版国际版)