太空碎片
人类经常将航天器送入轨道，以保障地面服务并探索其他行星。这一非凡能力伴随着重大责任：我们的太空活动可能污染地球周围的太空，也可能污染其他具有过去或现在生命潜力的行星和卫星。
太空活动通过使我们在地球上的许多活动成为可能而造福人类，例如电信、天气预报、用于地面、海上和空中交通的全球导航卫星系统地理定位，以及用于监测地球健康状况的遥感。与此同时，科学任务增进了我们对太阳系的认识，同时推动了新技术、科学和太空探索的发展。
然而，太空活动的增加是有代价的，既体现在航天器的燃料消耗上，也体现在所产生的太空碎片上。这些碎片包括在运行寿命结束时被遗弃的航天器、太空任务的残留物和运载火箭的上面级，以及轨道上碰撞和爆炸产生的所有碎片。
尺寸大于1厘米的碎片超过90万块，其本身的存在就对太空活动的可持续性构成严重威胁——由于轨道速度很快，这些碎片足以损坏运行中的卫星。太空碎片的数量一直呈指数级增长，据欧洲航天局（ESA）称，（ESA）。
一个环境问题
有趣的是，太空碎片的增长趋势与二氧化碳、海洋酸化、热带森林损失和陆地生物圈退化等许多其他环境压力因素相似。事实上，这些问题有多个共同点。鉴于其全球性质，解决方案需要强有力的国际合作来确定缓解措施。必须在国际上就相关、可接受、可信、易于监测且能抵御操纵和误差的问题指标达成一致。
太空碎片问题还促使我们利用雷达和光学望远镜确定太空碎片的轨道，并开发数学和数值方法，以模拟其在时空中的演变，同时开发用于避碰和寿命末期机动的工具。在预测中必须考虑许多不确定因素，例如地球大气层及其与太阳活动的相互作用、非合作目标的物理特性以及无法追踪的碎片，这些因素使得无法对碎片的轨道和演变做出完美预测。
让卫星在太空中“冲浪”
当前的太空活动依赖于能够抵达并控制运行轨道的太空转移。此外，太空态势感知也为其提供保障。轨道摄动——即月球和太阳引力、大气阻力和太阳辐射压力等自然力——会影响天体、卫星和太空碎片轨道的长期演变，需要通过卫星轨道机动加以抵消，这会增加其燃料需求。然而， COMPASS 项目由 欧洲研究理事会 资助，旨在通过利用自然和人工轨道摄动，而非与之对抗，从根本上改变当前的太空任务设计。我的 团队 来自 米兰理工大学 正与该项目共同开展工作，致力于开发能让卫星“冲浪”的方法，即借助自然力抵达预定轨道，同时避免碰撞。这将大幅降低燃料消耗。长期目标是显著降低太空任务的高昂成本，并为太空探索和开发创造新的机遇。
太空碎片物体可以被建模为连续流体，以评估碰撞风险较高的最密集轨道。避免此类碰撞的机动是为自主在轨操作而设计的。在寿命结束时，卫星可以借助自然轨道摄动进行“冲浪”，从而被引导返回大气层——而INTEGRAL卫星 已证明这是可行的。在轨服务与检查以及主动清除碎片过程中，当两个物体近距离飞行时，这些自然力也发挥着重要作用。
然而，太空碎片并不局限于近地轨道。由于故障，上面级和卫星也可能成为绕太阳轨道上的碎片。事实上，对于所有星际任务， 行星保护分析 必须进行，以核实在航天器飞行轨迹期间，与其他卫星和行星发生碰撞的概率低于给定阈值。
我们的 项目 旨在通过利用自然和人工轨道摄动，而非与之对抗，从根本上改变当前太空任务的设计方式。长期目标是显著降低太空任务的高昂成本，并为太空探索和太空碎片缓解创造新的机遇。
