我们还没在未来的家园生活，就已经在污染它——以下说明我们为何需要清理太空垃圾。

• 近地轨道（LEO）上的太空垃圾正迅速增多，这会产生更多碎片，并威胁太空探索。

• 国际航天机构正在制定减缓太空垃圾的指导方针，同时航空航天企业正在设计航天器，以主动减少乃至回收碎片。

• 需要多方面协同努力，既清除现有碎片，又防止未来继续产生碎片。

“太空很大。真的很大。你根本无法想象它有多么浩瀚、多么令人难以置信地庞大，”道格拉斯·亚当斯在这部科幻邪典小说中写道：《银河系漫游指南》。

因此，太空也如此拥挤，这似乎有些荒谬——至少离地球最近的区域是如此。

为什么我们如此执着于探索太空，而地球上仍有诸多问题亟待解决？从资源管理到多光谱成像，再到雷达测绘，天基工具可以帮助我们解决地球上的问题。不久之后，成群的小型卫星将把互联网带给每一个人，从而连接全世界。

然而，在我们逐步认识到这支“太空劳动力”益处的同时，也必须主动遏制太空碎片的快速增长——以免在我们还未有机会开拓下一个前沿之前，就陷入堪比空气或海洋污染规模的问题。

太空垃圾的规模

目前，有超过2,200颗在役卫星正在绕地球运行。但令人日益担忧的，是同样聚集在该区域的失效卫星、废弃火箭和其他碎片——它们统称为太空碎片或太空垃圾。

自1957年“斯普特尼克一号”发射、人类进入太空的那一刻起，轨道碎片便开始积累。到2020年，除上述2,200颗在役卫星外，还有约34,000块直径在10厘米或以上的碎片、约900,000个直径在1厘米至10厘米之间的物体，以及超过128,000,000块直径小于1厘米的碎片。地球轨道上碎片的总质量接近700万千克。虽然轨道最终会衰减，碎片也可能重新进入地球大气层并烧毁，但这一过程可能需要数年时间。

卫星和太空垃圾主要集中在两个区域。

近地轨道及更远的地球静止轨道上的太空碎片分布Image: NASA

在地球赤道平面上方、距地表略低于30,000千米处，有数百颗卫星位于地球静止轨道。其中大多数是通信卫星和气象卫星，但它们与已停止工作的前代卫星共享同一轨道。

与近地轨道相比，地球静止轨道上的碎片数量微不足道。近地轨道是指从地球大气层上方一直延伸到距地表2,000千米高度的区域。若要进入更高轨道、前往月球或其他行星，航天器必须穿过近地轨道，而该区域碎片最为密集，轨道速度也最快。因此，太空垃圾威胁的不仅是近地轨道上的航天器，还包括所有形式的太空飞行。

太空垃圾从何而来？

只要人类还在向轨道发射物体，太空碎片就不可避免。

火箭发射会在近地轨道留下助推器、整流罩、级间段和其他碎片。火箭爆炸同样如此，目前它们导致了排名前十的碎片事件中的七起。

人类活动还会产生轨道漂浮物，例如相机、钳子、宇航员的手套、扳手、刮刀，甚至太空行走时遗失的工具袋。

部分碎片由微流星体撞击而自然形成——微流星体是尘埃大小的小行星和彗星碎片。

在役卫星寿命有限，因此也可能变成太空垃圾。卫星的机动燃料耗尽，电池老化，太阳能电池板性能衰退，由此引发轨道碎片的反馈循环：太阳能电池板被微流星体和微小碎片“喷砂”式侵蚀，问题因此加剧。与火箭碎片一样，报废卫星最终也会重新进入地球大气层并烧毁，但这一过程可能需要数年——而且轨道越高，衰减所需的时间就越长。

1960年至今地球轨道上可追踪太空碎片的数量与类型Image: 欧洲航天局（ESA）

太空垃圾可能撞击在役航天器，产生更多各种尺寸的碎片，进一步增加撞击风险。这被称为“凯斯勒综合征”，以美国国家航空航天局科学家唐纳德·J·凯斯勒的名字命名。他曾提出假设：航天器和轨道碎片的密度可能达到这样的程度，每次撞击都会产生更多碎片，并增加与其他物体相撞的可能性，从而使近地轨道在数十年内无法使用。（这一情景出现在2013年的电影《地心引力》中，由乔治·克鲁尼和桑德拉·布洛克饰演的宇航员在碎片击中其航天飞机后被困太空。）

即使是最微小的太空碎片也具有危险性：尘粒大小的颗粒，甚至油漆碎片，都可能磨损光学元件和太阳能电池板等难以防护的部件，缩短其工作寿命，并产生更多微小碎屑。一个重1千克的物体以7.0千米/秒的速度撞击，所释放的能量相当于引爆6千克TNT炸药。

如今，近地轨道即将变得更加拥挤。SpaceX、亚马逊的“柯伊伯计划”、OneWeb公司以及加拿大的Telesat公司计划在近地轨道部署总数超过50,000颗卫星的星座。与此同时，航天器与现存太空垃圾之间的近距离险情已日益频繁地发生。2020年9月，美国国家航空航天局点燃了“进步”号补给舱（已与国际空间站对接）的发动机，以提升空间站高度，避免与一块火箭碎片相撞。

对于太空垃圾，我们应该怎么办？

20世纪90年代中期，美国国家航空航天局率先发布了减缓日益严重的轨道碎片危害的指导方针，其他国际机构随后跟进。2002年，由10个成员国组成的机构间空间碎片协调委员会通过了一套共识性指导方针，用于“协调与人造及自然空间碎片问题相关的各项活动”。如果遵循这些指导方针，我们就能为未来营造更加清洁、更加合规的太空环境。

航空航天企业现正设计小型卫星，以主动应对太空垃圾问题。卫星正在采用电推进系统，如离子与霍尔效应推进器以及等离子体推进器，用于减少化学火箭产生的微小颗粒，并在寿命末期充当离轨推进器，将失效或已停止工作的航天器推入地球大气层。日本的研究人员甚至在试验木质航天器，以减少航天器离轨时释放到地球高层大气中的有毒碎屑。。

但现存碎片，以及数以万计的新卫星必然会产生的碎片，又该如何处理？

一些公司正计划利用航天器清除太空垃圾。其他一些机构正在研发捕获轨道碎片的方法，包括网、鱼叉和磁铁。日本东北大学的研究人员正在设计一种非接触式离轨方案：卫星向碎片发射粒子束，使其减速、降低轨道并进入地球大气层。

为尽量减少太空垃圾，并使我们能够有效利用近地轨道开展未来探索，我们需要多方面协同努力，既要清除现有太空碎片，也要防止未来碎片的产生。

太空碎片带来危害的同时，减缓太空碎片也为富有远见的创业者提供了机遇——既可在下一个前沿领域解决相关问题，或许也可在我们身边的地球上解决。