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2020年10月15日，一颗前苏联废弃卫星和中国的火箭残体在太空中擦肩而过，如若相撞，将会制造出大量危险且难以监控的高速轨道垃圾。太空垃圾问题日益严重！  01 太空垃圾的产生  1957年10月4日，苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克一号以来，人类已经进行过五千多次的太空发射，发射到太空的人造卫星等航天器的数量约有近万颗，正在为人类服务的大约有两千颗。在航天器服役期满或寿命末期，部分大型航天器（如和平号空间站等）会采取主动离轨再入策略；部分航天器（如同步轨道卫星等）会进入坟场轨道；部分失效航天器则是沿着螺旋型椭圆轨道衰降无控飞行，最终再入大气层解体坠毁；而更多的失效航天器和因空间活动（如太空行走、航天器相互碰撞、燃料泄漏等）产生的小型零部件、残骸等会残留在轨道上，就成为了太空垃圾。 轨道 1.近地轨道:高度距地面2000公里以下的近圆形轨道一般都可称作近地轨道，世界各国的大多数航天器都运行在这一轨道范围内，对世界经济、科技、社会发展具有重要作用的气象卫星、通信卫星、对地观测卫星和空间站等更是密集集中于此。 2.坟场轨道:又叫太空坟场，是指比近地轨道高近千公里的轨道。（来源：百度百科） 02 太空垃圾的危害 (图片来源：百度） 2020年美国宇航局NASA估计大约有2万件大于10厘米的太空垃圾以及50万块1厘米大小的碎片绕地飞行。这些太空垃圾飞行速度极快约6-7公里每秒，他们隐藏了巨大的杀伤力。一块十克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆100公里每小时的小汽车相互碰撞，卫星会在瞬间被打穿或者直接击毁。更麻烦的是，每次太空垃圾的相互碰撞不会互相湮灭，而会产生更多的碎片，这也是知名的凯斯勒效应。 ■“太空碰碰车” 北京时间2009年2月11日0:55，西伯利亚上空790公里处发生了首例在轨卫星相撞事件，一颗是美国铱星公司1997年发射的卫星铱-33，另一颗为已报废的俄罗斯军用卫星Kosmos2251，两者以大约11.6公里每秒的速度相撞，并在撞击后形成了巨大的碎片云，产生了两千多个碎片。  截止目前共发生过200次以上在轨航天器解体事件，其中大部分事件与卫星及火箭爆炸有关，偶然或者故意相撞事件只占不到十起，除了废弃的卫星外，还有油漆剥落、多级火箭残骸、宇航员的遗失物品等等，几千吨太空垃圾残留在轨道上。在未来十年里，环绕地球的卫星数量预计将增大五倍，太空垃圾问题日益严重，因此国际条约规定，各个航天机构发射卫星后，必须在结束使命25年内完成对近地轨道或者地球同步轨道的垃圾清理工作。 03 太空垃圾清理方式 1、激光烧蚀驱动移除 激光烧蚀驱动移除空间碎片技术的原理如图1所示：高功率激光辐照碎片材料表面，使光斑区材料熔化、气化、等离子体化，高温高压等离子体和气体物质飞散形成反喷等离子体羽流，反喷羽流与空间碎片的动量交换使得碎片获得一个与其相反的冲量，从而使碎片获得速度增量，实现对其的驱动。  碎片获得速度增量后，其轨道将发生改变，通过合适的速度增量多次作用可使碎片轨道近地点高度逐渐降低，最终进入稠密大气层时再入烧毁，即实现碎片清除的目的，该过程如图2所示。  2、“鱼叉”“飞网”捕获清理 模拟太空垃圾的铝片挂在由卫星伸出的碳纤维吊杆上, 卫星瞄准发射一枚钢笔大小的“鱼叉”, “鱼叉” 以 20m/s的速度击中目标,尖端穿透铝板后, 弹簧结构上的倒钩将铝板牢牢固定，成功将其拖回卫星。
“渔网”捕获试验,卫星首先释放一颗小型“立方星”,再从 6m 远处发射“渔网”将其包裹,改变运行轨道。卫星也能展开减速“风帆”来显著提升卫星所受的稀薄大气阻力,加速卫星轨道衰减。  3、机械臂抓捕 “遨龙一号”是一台空间碎片主动清理飞行器，已于2016年6月25日随“长征七号”成功发射。“遨龙一号”的机械臂系统充分融合了仿生学、机械、电子控制等多门学科技术，具备定点停留和不断跟踪绕行目标碎片的能力，既可以让前端保持抓取的灵活性，也可以让后端尽量在抓取过程中保持大的活动空间。在成功抓取到太空垃圾后，“遨龙一号”机械臂上的传感器会分析出物体的力学性质，使得机械臂能够掌握合适的力度，这样就不会因为机械臂力度过大导致垃圾破碎，也不会因为力度较小而抓不住碎片。 结语 探索、创新改变着我们的生活与工作方式。 在太空探索中，我们超越了地球的边界， 但是当我们以学习和创新的名义推动边界时， 我们必须要铭记我们对于环境的责任。 不管采取哪些方法， 我们最好立刻行动起来， 否则宇宙探索还没有正式开始， 就要提前结束了。 如果你对太空垃圾的清理有其他创新的方案， 请在下方留言告诉小编哦！ 参考文献 [1] 陈川,杨武霖,余谦, 等.激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究[J].宇航学报,2019,40(2):156-163. [2]欧空局'鱼叉'清理太空垃圾试验成功,可成超级武器破坏对手卫星[J].空间碎片研究,2019,19(1):48. |
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