李婷

通過太空軌道運(yùn)行創(chuàng)新技術(shù)，有效監(jiān)測和清理太空垃圾

自從1957年蘇聯(lián)人造衛(wèi)星發(fā)射以來，7757個衛(wèi)星已經(jīng)被發(fā)射到了外太空，當(dāng)我們驚嘆這些飛行器不斷在蔚藍(lán)天空探索無限的宇宙邊界時，卻無法想象天空垃圾，也稱為“太空碎片”存在的可怕。太空碎片完全是人類空間活動留下的垃圾，比如完成任務(wù)的火箭箭體和衛(wèi)星本體、火箭的噴射物、在執(zhí)行航天任務(wù)過程中的拋棄物、空間物體之間的碰撞產(chǎn)生的碎塊等。

美國監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)NORAD監(jiān)測到有超過20000的大型太空碎片從地球上可追蹤，以及預(yù)計數(shù)量超過750000的小碎片無法被跟蹤。太空碎片的數(shù)量也以驚人的速度增加，在距地面2000公里內(nèi)的低地球軌道區(qū)域（LEO），厘米級太空碎片由2005年的30萬個增長到2015年的50萬個，年增長率達(dá)15%。

在人類使用最頻繁的LEO上，太空碎片一旦與航天器發(fā)生撞擊，平均撞擊速度將達(dá)10km/s，輕則導(dǎo)致航天器表面性能衰退功能喪失，重則對結(jié)構(gòu)和載荷造成嚴(yán)重?fù)p傷，甚至使整個航天器徹底爆炸解體。而墜入大氣層的大尺度太空碎片，隕落時可能有部分質(zhì)量未完全燒毀分解，也會對地面安全造成威脅。

為了解決日益增長的太空垃圾，一位日本IT界企業(yè)家和戰(zhàn)略顧問 Nobu Okada，2013年在新加坡和東京籌備了自己的新業(yè)務(wù)--Astroscale，通過發(fā)展可伸縮的新型在軌技術(shù)來安全清理最具威脅性的軌道碎片，從而維護(hù)太空環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。今年在英國也有了辦公空間。

目前， “太空清潔工”Astrocale 提供的核心解決方案主要有兩個OSG（Orbital Debris Monitoring） 和ELSA（End-of-Life Service by Astroscale）。IDEA OSG1第一代產(chǎn)品是一顆22公斤重的微型衛(wèi)星，上面安裝的面板能夠感受到太空環(huán)境中垃圾碎片與其撞擊的情況，甚至能靈敏地檢測到小于一毫米的碎片撞擊數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)，公司就能繪制出各種太空高度環(huán)境下的碎片密度情況圖。這些數(shù)據(jù)除了用于公司自身的太空垃圾處理業(yè)務(wù)使用外，還能出售給其他衛(wèi)星運(yùn)營商和空間機(jī)構(gòu)。預(yù)計明年上半年在俄羅斯發(fā)射。

公司另一個更大的計劃目標(biāo)，則是在 2019 年發(fā)射出首個太空垃圾收集器衛(wèi)星“ELAS 1”。衛(wèi)星表面會涂滿“膠水”，這是Astroscale 公司與一家日本化學(xué)公司合作研發(fā)出了一種膠粘劑，能夠覆蓋 ELSA 1 號飛船上如晚餐盤子般大小的一塊平面。飛船撞到一塊太空碎片后，會將其粘住然后脫離原本的飛行軌道，最后與機(jī)體一同燃燒殆盡，省去了將這些物體運(yùn)回地球的成本。

在太空碎片問題的解決上，太空機(jī)構(gòu)和公司提出了數(shù)十種清理低地球軌道的概念。但是困難之處在于如何能靠近并且抓住太空碎片——以每小時 27358.8 千米速度在太空翻滾著的深色物體。馬里蘭大學(xué)（University of Maryland）航空航天工程教授雷蒙德·塞奇威克（Raymond J. Sedwick）形象地比喻為在溜冰場上抓住一個旋轉(zhuǎn)中的溜冰者的情景，在太空中抓住碎片相當(dāng)于被抓住的不是一個人，而是一輛 SUV 汽車。而且遠(yuǎn)程操控衛(wèi)星是有一定的時間差，太空環(huán)境變化莫測，只有感應(yīng)數(shù)據(jù)是非常困難的。

清理太空垃圾除了需要過硬的技術(shù)，還得考慮成本問題。Nobu Okada稱，要將數(shù)千萬乃至數(shù)億美元的垃圾處理價格降低，關(guān)鍵在于減輕重量。他說，ELSA 1號飛船的膠粘劑重量只有幾盎司重（1 盎司相當(dāng)于 28.35 克），他公司的工程師已經(jīng)能讓飛船重量減到 90.7 千克。

據(jù)Nobu Okada介紹：“我們的第一個目標(biāo)不是清理隨機(jī)的碎片，而是清理我們客戶發(fā)射的衛(wèi)星。隨著我們的技術(shù)不斷完善，我們可以逐步開始清除碎片的工作?！彼訟stroscale將會先經(jīng)營大型衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)公司的合作業(yè)務(wù)，幫助清理報廢的衛(wèi)星，將位置騰出給其他有效運(yùn)行的衛(wèi)星。目前Astroscale也已經(jīng)籌得了 4300 萬美元的投資款。

此外，Nobu Okada表示，這項技術(shù)如果要投入使用，還有很多國際法律法規(guī)需要重新協(xié)商才有可能，因為在目前的國際法中，根據(jù) 1967 年的條約，空間中的人造物體屬于發(fā)射它們的國家，不經(jīng)未經(jīng)批準(zhǔn)就不能觸碰。