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太空碎片垃圾成災 盤點幾種潛在清理方案

2020/05/27 08:17 字級:
讀稿
太空碎片垃圾成災 盤點幾種潛在清理方案

▲(圖/CLEARSPACE/EPFL/J.CAILLET)

太空垃圾日積月累,近地軌道上擁堵狀況嚴重,10年前已有科學家疾呼接近極限,安全隱患觸目驚心。

清理太空垃圾的努力過去幾十年來一直沒有間斷,但普遍認為這方面仍面臨重大的技術和經濟挑戰。航空航天大國之間圍繞誰製造更多太空垃圾的爭執還在繼續,而相關的國際共識或法規有待制定。

於此同時,有分析指出,到2035年太空碎片監控和追蹤市場將達到一億英鎊規模。

英國太空署(UKSA)剛剛宣佈撥款100萬英鎊,用於資助太空垃圾追蹤科技創新,稱這一領域(SST)已經發展到需要創新思維的階段,鼓勵私營部門和科技新創企業參與研發。

垃圾泛濫成災

太空垃圾主要指廢棄的衛星殘骸和其他沒有徹底焚燒的金屬碎片。

據估計,目前有大約90萬片大小介於指甲蓋到保齡球的太空碎片,在近地軌道以接近3萬公里的時速運行。

它們對衛星、火箭、空間站構成極大威脅,平均每年有一顆衛星被太空碎片擊毀。

太空垃圾的主要來源國. 2019年10月火箭殘骸和碎片數量.  .

這種威脅隨著人類太空活動的增多而與日俱增。除了已經在天上的幾千顆商用、軍用和科研衛星,今後幾年還有數千枚將陸續升空。

美國宇航局(NASA)數據顯示,目前地球軌道上的人造物質總量超過7600噸;美國空間監視網(SSN)正在跟蹤2萬多件體積較大的殘骸碎片。

太空碎片相撞並引發連串撞擊,導致衛星運行軌道整體污染,即「凱斯勒效應」,也是一大威脅。

2007年,太空碎片數量激增,因為中國在一次反衛星裝置試驗中有意擊毀了「風雲-1C」氣象衛星。兩年之後,美國「銥33」通信衛星與俄羅斯報廢的「宇宙2251」衛星發生碰撞。這兩次事件都在很長一段時間內產生持續性的後果。

追蹤監測

追蹤太空碎片的傳統方式包括雷達和光學儀器。

美國空軍的「太空籬笆」項目就是使用雷達來跟蹤大約20萬件太空垃圾。

2014年8月,美國軍工巨頭洛克希德-馬丁公司和澳大利亞光電技術公司EOS簽約,合作追蹤太空碎片,用關穴和激光技術搜尋、跟蹤並識別太空殘骸,合作內容包括在澳大利亞新建追蹤站。

2017年12月,國際空間站實驗艙外連接了一個工具箱大小的碎片感應器,隨空間站圍地球軌道運行,探測毫米級碎片,以及碎片撞擊所有物質的數據,辨別撞擊物是太空隕石還是人造垃圾。

另一個太空大國俄羅斯,與巴西簽署設置新的太空碎片追蹤望遠鏡協議。

除了政府層面的項目,私營部門也越來越多參與太空垃圾檢測追蹤,包括設立或運營地面感應器系統和太空望遠鏡網絡,並向衛星運營機構出售相關數據。

太空垃圾
Getty Images

清除垃圾

掌握碎片行蹤後就可以通過改變碎片的運行軌跡來避免撞擊,但碎片數量巨大,防範難度較高,且難以對付所有的碎片垃圾。

多個國家和一些私人公司正在測試多種移除太空垃圾的方法,其中包括發射捕捉太空垃圾的「魚叉」捕捉器、磁鐵和大網等。

歐洲2018年6月發射衛星,測試太空垃圾清理回收的可能性。測試的關鍵技術包括:視覺導航系統、捕捉碎片的網和叉、迫使碎片減速後脫離軌道墜入大氣層的裝置。

這項稱為REMOVEdebris任務的協調機構是位於英國南部的薩里太空中心。

「太空魚叉」可以擊碎較大的太空垃圾,尺寸與鋼筆相仿。擊碎的垃圾通過垃圾搜集網和脫軌裝置進入大氣層自行焚毀。

如果REMOVEdebris裝置獲得成功,歐洲後續將啟動更多的任務,也希望商業機構後續跟進參與。

歐洲航天局選擇報廢的衛星測試通過e.deorbit航天器將不受地面控制的物體安全地清除出繞地運行軌道。

航天器上安裝了感應器,以便安全接近衛星,與國際空間站等受控制的物體對接。

2012年 2月,瑞士科學家啟動清理太空垃圾衛星計劃,「清潔太空一號」(CleanSpace One )衛星的任務是在環繞地球運行的過程中收集軌道上的太空垃圾,然後攜帶垃圾返回地球,而返程中這些垃圾會在大氣層焚毀。

2016年,日本發射「鸛」號貨運飛船,為國際空間站運送給養的同時,測試清除太空垃圾技術。

飛船在太空飛行途中釋放出一條金屬導索,使其吸附到太空垃圾的表面,通過金屬導索向其放電,利用物體在磁場中通電後會發生運動的原理,讓其減速。在低於圍繞地球旋轉所需的速度後,墜入大氣層,與大氣層摩擦燒燬。

歐洲航天局計劃在2025年發起首次清除地球軌道碎片垃圾的太空任務。

英國太空署希望英國企業積極參與太空垃圾追蹤市場,目的是吸引更多衛星運營商到英國落戶。

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