處理“太空垃圾”迫在眉睫

幾個世紀以來，天文學家一直驚歎于複雜的星座、一掃而過的彗星和月球的穩定相位。然而，從20世紀50年代開始人類首次突破地球大氣層後的60年裡，天空被一些不那麼令人興奮的東西擠滿：這就是“太空垃圾”。

太空專家表示，目前至少有2.5萬個物體正在地球上空疾馳，包括廢棄的火箭助推器、報廢的衛星和各種太空任務完成後解體的微小碎片，其中一些物體的速度達到每秒8公裡。碎片不斷增加，撞擊到其他碎片上，造成更多碎片，将仍在運作的航天器置于危險中。

如果不清理現有的碎片以防止進一步積累，這樣的碰撞很可能會呈指數級增長。由此産生的積聚使軌道條件變得危險，威脅到宇航員的生命，并危及有價值的太空技術和研究。整個軌道可能會受到污染，無法使用。

航天大國需要優先考慮這一問題，以確定未來幾代人的空間經濟安全和可持續性，但這将需要大規模合作并有賴于大量創新。

共同的“爛攤子”，共擔責任

據《新聞周刊》報道，最近備受矚目的碰撞事件引起了專家對太空碎片的關注。2009年，美國發射的Iridium33通訊衛星與俄羅斯已廢棄的Kosmos-2251衛星相撞，造成數千塊新的碎片在太空中高速飛行。盡管其中一些在地球大氣層中燒毀了，但仍有2000多個可追蹤的碎片存在于太空。

2021年，俄羅斯反衛星試驗産生的碎片導緻國際空間站（ISS）上的機組人員躲在太空艙裡，随時準備疏散。雖然他們當時安然無恙，但在今年早些時候，一塊碎片在國際空間站的一個機械臂的隔熱罩上刺穿了一個5毫米寬的洞。

從油漆桶大小的碎片到校車大小的助推器，近地軌道上的“太空垃圾”對科學家數十年的研究和探索努力構成了幾乎不可估量的風險。随着像美國太空探索技術公司（SpaceX）的“星鍊”（Starlink）這樣的巨型衛星網絡繼續發射，這種風險比以往任何時候都要大。

LeoLabs是一家隸屬于斯坦福大學國際研究院的科技初創企業，該公司進階技術研究員達倫·麥克奈特（Darren McKnight）認識到應對這一挑戰的必要性。他說，這需要上司力，但他表示，為什麼我們不能合作清理越積越多的“爛攤子”？

解決方案：四臂機器人VS.磁鐵衛星

由于擔憂碎片問題，全球多個組織于2021年釋出了一份航天工業碎片聲明，承諾緻力于減少碎片和保護地球軌道，確定子孫後代的可持續性和安全。

簽署方包括空中客車公司和洛克希德-馬丁公司，以及其他許多在航天制造和旅行領域的知名企業。一些簽署方與全球未來空間理事會集思廣益，提出了防止碰撞的“統一交通管理系統”，商定了所有利益攸關方堅持的可持續性政策，并為退役衛星和其他碎片創造了報廢清除技術。

歐洲航天局（ESA）已經在努力清理近地軌道，近地軌道的碎片構成了最大威脅。該機構選擇了瑞士公司ClearSpace，簽署一份價值1.04億美元的合同，以捕獲大型碎片并使其脫軌。首席工程師穆裡爾·理查茲（Muriel Richards）表示，計劃于2025年啟動空間碎片清除任務，發射名為ClearSpace-1的四臂機器人，它将像爪子一樣運作。

“碎片物體會随機翻滾，”理查茲說，“機器人的動作要與物體的速度相比對，減慢翻滾速度，然後抓住它。最後，機器人把自己放在一個回到大氣層的軌道上。”将碎片帶入地球大氣層，會使它們燃燒或無害地降落到太平洋上。

另一家日本太空初創公司AstroScale也在進行類似的項目。AstroScale正在開發一種名為ELSA-d的航天器，重達200公斤，這将是世界上第一顆使用磁鐵收集太空垃圾的衛星，與美國太空部隊的“軌道原動力計劃”相聯系。

另類方案：“就地取材”重新利用

其他計劃包括将碎片進一步送入“墓地軌道”，在那裡它們不能幹擾大多數太空旅行和現有的衛星或太空望遠鏡。一些工程師希望，更大的物體，如報廢的火箭機身，可以被重新用于小型空間站。旅行者太空公司旗下的NanoRack公司進階副總裁馬歇爾·史密斯（Marshall Smith）認為，這可能是處理碎片的一種經濟高效的方式。他們目前正在研究在太空中焊接的工作原理，以便在不需要傳回地球的情況下，可以将軌道上的材料投入使用。

至于較小的物體，比如那些已經損壞了的國際空間站碎片，對于正在服役的宇宙飛船和衛星而言仍有責任進行導航，以避免潛在的撞擊。限制更多微小碎片的産生也是至關重要的。航海者航天控股公司董事長兼首席執行官迪倫·泰勒（Dylan Taylor）撰文稱，在地球上，這意味着國家和私人企業之間的全球合作，必須不惜一切代價避免重演Iridium碰撞事故或反衛星試驗碰撞事件。

一些公司甚至與世界經濟論壇合作，建立空間可持續發展評級(SSR)，預計将于2022年推出。任何組織在執行任務期間自願送出關于其可持續性工作的表格，都将根據任務的碎片緩解方法、為避免碰撞而采取的措施、與國際準則的一緻性等情況獲得分數。泰勒希望SSR将鼓勵整個行業減少浪費和提高透明度。

警告“凱斯勒綜合征”實時上演

歐洲航天局警告，如果世界“一切照舊”，我們可能會看到“凱斯勒綜合征”實時上演。該術語以美國宇航局前科學家唐納德·凱斯勒（Donald Kessler）的名字命名，描述了一種潛在的災難性多米諾骨牌效應，類似于2013年科幻電影《地心引力》中虛構的碎片風暴。

“衛星碰撞會産生軌道碎片，每一次碰撞都會增加進一步碰撞的可能性，導緻地球周圍碎片帶的增長，”凱斯勒在1978年寫道，“這樣的地球軌道帶中的碎片通量可能會超過自然流星體的通量，影響未來的航天器設計。”

接受這一挑戰，意味着要拯救生命和敢于耗費金錢。此外，它還可以促進更強勁的空間經濟。用于清潔太空和防撞目的的新型工具，如ELSA-d或ClearSpace-1，将需要無限期地維護，對碎片負責将使衛星制造商、商業宇航員和空間組織感到放心：太空旅行是安全的。

泰勒表示，抓緊時間清理太空垃圾将表明太空行業對可持續發展的承諾，并為未來的空間發展鋪平道路。

編譯：南都記者 史明磊