清除太空碎片需要世界各國共同努力_風聞

作者：蘭順正

首發自：中國航天報

近日,俄羅斯國防部發表聲明稱，俄羅斯使用地基攔截彈成功摧毀了太空中一顆處於廢棄狀態的衞星，測試取得圓滿成功。而此次實驗也引發了國際社會對於太空碎片問題的普遍關注。

據悉，此次俄羅斯反衞星試驗使用的是1枚地基直升式反衞星導彈，攔截目標是1顆於1982年由蘇聯發射，現在已經報廢的處女地-D電磁偵察衞星。該衞星重約2噸，運行在距離地面487公里高的軌道上。試驗迄今已產生超過1500塊能跟蹤到的碎片，以及數十萬塊較小的碎片。

分析認為，當導彈擊中處女地-D衞星時，所產生的每一塊碎片都得到了部分推力，將它們送到更高和更低的高度，所以，“衞星解體”產生的碎片雲主要分佈在300公里-700公里的近地軌道上，而目前有兩座空間站運行在400公里高的軌道上，其中一座就是國際空間站，並且兩座空間站都有多名航天員駐守。不過事後俄方強調形成的碎片不會對航天活動構成任何威脅，並且還公佈了相關視頻表明國際空間站與衞星碎片在不同平面沿着不同的軌道移動。

眾所周知，太空垃圾已經成為人類航天活動的大敵，自從人類在上世紀50年代向太空發射人造衞星以來，太空中各類廢棄的人造物體越來越多，導致近地軌道異常擁擠，以至於開始影響到人類後續對太空的和平利用。

保守估計，目前在地球近地軌道上漂浮着70萬件太空垃圾碎片，總重量約4500萬噸，且危害驚人。試驗表明，直徑3.6毫米的鋁彈丸在6.22公里/秒的速度下就能擊穿50毫米厚的鋁蜂窩板，而且太空碎片撞擊衞星的平均速度可達10公里/秒。所以，毫米級碎片不但對星外設備構成重大威脅，還對星內設備造成威脅。同時毫米級空間碎片可能會穿透航天員的宇航服，因此對於出艙工作的航天員也是致命的“子彈”。而毫米級以下的碎片即使不會對星內設備造成威脅，但對星外設備也能造成不同程度的損傷，進而造成衞星分系統，甚至整體功能失效。

根據美國科學家唐納德·K·凱斯勒於1978年提出的理論假設，當在近地軌道運轉的物體密度達到一定程度時，這些物體在碰撞後產生的碎片會形成更多的新撞擊，形成級聯效應，這意味着近地軌道將被危險的太空垃圾所覆蓋。凱斯勒認為，由於太空垃圾失去了能夠安全運行的軌道，在之後的數百年內太空探測和人造衞星的運用將變得無法實施。

對於如何解決太空碎片問題，首先是從源頭減少。如在運載火箭末子級將有效載荷送入預定軌道後，應對火箭末子級採取“鈍化”措施，排空剩餘推進劑，減小其在軌解體的可能性。

而目前針對在軌的太空碎片主要採取的方式是早發現、早規避，當發現太空碎片會對航天器造成碰撞危險時，一般採取被動避碰策略。對體積較大的太空碎片，採取持續觀測、編目預警和及時躲避等被動規避措施（國際空間站每年都要進行多次變軌以躲避碎片撞擊）。如美國空間監視網(SSN)從20世紀60年代初開始組建，是目前世界上最早且最大的觀測系統。目前SSN可以觀測到LEO區域直徑大於5cm和GEO區域直徑大於13cm的空間碎片。該監視網主要由地基雷達、地基光學和天基等多手段組成，其設備遍佈全球,在全世界分別組建了25個觀測站, 可以連續跟蹤觀測LEO區域的空間碎片,具備低軌和高軌空間目標的搜索發現和編目能力，目前跟蹤編目的在軌空間碎片超過23000個。

同時，隨着技術的發展，各種在軌主動清理太空垃圾的設想也開始成為現實。目前各種清除方案中，對體積較大的碎片一般採取機械手、飛爪、柔性飛網、“魚叉”等抓捕手段。2016年6月25日中國全新研製的長征七號運載火箭在海南文昌航天發射場發射升空，火箭的載荷中有一台名為“遨龍一號”的空間碎片主動清理飛行器，任務是清理太空碎片，該航天器上裝載了一台機械臂，以模擬在太空抓取廢棄衞星和一些其他碎片，並帶到大氣層進行燒燬，這也是我國在空間碎片主動清除領域的首次在軌驗證。2018年9月，歐盟碎片清理衞星（Remove DEBRIS）在國際空間站成功完成了第一次實驗。該衞星平台首先釋放一顆小型立方星，再利用一張特殊的網捕獲太空碎片以及該小型立方星。然後該小型立方星與網一起脱離軌道，再入大氣層時被產生的高温分解。2019年2月，碎片清理衞星完成了“魚叉”演示實驗。該衞星平台在在距離飛船約5英尺的一個懸臂上部署其假想太空垃圾目標，然後用魚叉以超過44英里/小時的速度命中目標。另外早在20世紀80年代末, 美國、德國等就提出了用強激光移除空間碎片的概念，該技術是使用強激光束照射碎片表面, 使輻照區材料產生熔融、汽化、電離, 形成等離子體反噴羽流, 反噴羽流的衝量耦合使碎片獲得反向速度增量, 從而驅動碎片運動, 改變碎片初始軌道。

而對於尺寸1釐米以下的太空碎片，主要採取對航天器表面進行強化的方法來硬抗。此前就有俄羅斯媒體報道，俄羅斯聯邦航天局發明了一種新型“保護罩”，用於減少太空垃圾碎片撞擊對衞星的損害。

總之，太空是人類共同財富，維護太空安全，和平利用太空，需要世界各國一起努力，只有這樣才能讓我們的後代一直享受太空帶來的紅利。