太空碎片问题日益严重:解决之道何在

A photo taken by Expedition 46 flight engineer Tim Peake of the European Space Agency (ESA) aboard the International Space Station shows Italy, the Alps, and the Mediterranean on January, 25, 2016. REUTERS/NASA/Tim Peake/Handout ATTENTION EDITORS - FOR EDITORIAL USE ONLY. NOT FOR SALE FOR MARKETING OR ADVERTISING CAMPAIGNS. THIS PICTURE WAS PROVIDED BY A THIRD PARTY. REUTERS IS UNABLE TO INDEPENDENTLY VERIFY THE AUTHENTICITY, CONTENT, LOCATION OR DATE OF THIS IMAGE. THIS PICTURE IS DISTRIBUTED EXACTLY AS RECEIVED BY REUTERS, AS A SERVICE TO CLIENTS - TM3EC311KON01
More than half-a-million pieces of space junk larger than a marble orbit the Earth.Image: REUTERS/NASA/Tim Peake/
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中国首个空间站天宫一号失控重返地球大气层后,于4月1日在南太平洋上空坠落。

事实上,空间站重返大气层时很可能几乎完全烧毁。颇具讽刺意味的是,它坠落地点非常接近所谓的“航天器墓地”——各航天机构会特意将退役航天器引导至此处坠毁,因为这里是海洋中最偏远的地点。

中国当局早在2016年就与空间站失去了联系,此后便无法对其进行引导。

天宫一号是最终返回地球并烧毁的太空碎片之一,大多数重返地球大气层的碎片也会如此。这并不是坏事。

但大量太空垃圾最终滞留在地球周围的不同轨道上,威胁着卫星、国际空间站(ISS),以及前往地球近旁以外区域的未来任务,包括前往小行星、月球和火星的任务。

太空碎片有些类似散落在地球公路上的轮胎碎片,可能是旧卫星的部件,从油漆碎屑、螺栓到较大的结构,乃至整颗失效卫星;也可能包括用尽的火箭箭体,也就是火箭发射后未能落回地球的部分。直径大于弹珠的碎片总数超过50万块。

Image: 美国国家航空航天局

关键区别在于:汽车以每小时100公里的速度撞上公路上的垃圾会很危险,而在轨道上,物体的速度要快得多,达到每小时28,000公里——这是物体依照物理定律留在轨道上而不坠回地面的必要速度。

以这样的速度,即使一颗小螺栓也可能摧毁整颗卫星,甚至危及整个空间站。因此,每年有好几次,当追踪到碎片接近空间站时,国际空间站上的宇航员或航天员都必须挤进逃生舱。目前,俄罗斯的联盟号是唯一能运送人员往返国际空间站的飞船。

通常被认为污染最严重的轨道,是地球上空200-2000 km的轨道(近地轨道,LEO),以及36,000 km高的轨道(地球同步轨道)。

这是一个日益严重的问题,电影《地心引力》让公众对它有了更广泛的认识。

近地轨道(LEO)上失控的太空垃圾——也就是所谓的“凯斯勒综合征”——在现实中不会像电影里那样戏剧化;但它确实构成了严重且日益加剧的威胁。

应对这一全球风险有两个关键方面。

首先,我们需要开始从最拥挤的轨道上清除最不稳定、体积最大的碎片。

包括Astroscale和Saber Astronautics在内的一些公司已经在研究这一复杂且技术要求很高的解决方案。基本思路是用一颗专用卫星捕获一块碎片,然后让两者一起脱离轨道,在前文提到的“航天器墓地”上空烧毁。

其他技术包括用强力激光束移动物体。尽快采取行动十分重要——当前科学估算预测,如果不主动清除碎片,未来几十年内某些轨道将变得无法使用。

捕获以碎片那样的速度移动的物体虽然困难,但完全可行。毕竟,航天器一直在与国际空间站对接。

更大的难题在于资金和国际合作。由谁为这些“垃圾清理”任务买单,是个棘手的问题。或许更棘手的是如何开展国际外交谈判,并说服例如俄罗斯这样的国家,让一家技术公司将其退役军用卫星移出轨道。

Image: 路透社

要确保轨道长期可用,另一项关键工作是调整我们目前在太空中的行为,尽量减少新碎片的产生。我们需要更谨慎地对待现有在轨运行的卫星和新的任务。

联合国的空间碎片减缓准则是推动各方遵守适当行为规范的关键国际努力之一,但这些准则不具约束力。

目前,各种轨道上有超过1,500颗在役卫星,未来几年这一数字预计将大幅增长。

目前正在建设大型卫星星座,卫星数量可达数百乃至数千颗,例如OneWeb和SpaceX的星座(主要部署在近地轨道),它们有望为世界各地提供价格可负担的连接服务。

新的政府也正在加入进入太空的竞赛。问题是,随着太空交通量如此增长,我们如何才能让所有私营和公共参与者都以更可持续的方式行事?

空间技术全球未来理事会正在制定行业框架,鼓励私营参与者加大努力。还需要采取其他行动。

轨道是地球环境的重要组成部分,是与海洋一样的全球公域。我们需要保护这一资源,留给子孙后代。

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