太空垃圾越積越多，如何回收太空垃圾？

這裡有一個驚人的數據——從1957年人類第一顆人造衛星進入太空起，世界各國現在已經發射了5000多個衛星、火箭和探測器等航天器。隨著航天活動的日益頻繁，地球軌道上的太空垃圾也越積越多。

太空垃圾泛濫成災

太空垃圾大小各異，有的是一整個失控的衛星，有的則是航天器發生碰撞後產生的碎片。據不完全統計，目前各類太空碎片已經超過了4000萬個，它們無 時無刻不在威脅著航天任務的安全。如今，碎片的數量正以每年2%～5%的速度遞增。按照這個速度計算，如果我們對其不加以清理，那麼近地軌道在300年後 就可能被太空垃圾填滿。

太空垃圾的來源非常廣泛。例如，完成任務後的運載火箭和衛星等航天器，有的會很快進入大氣層燒毀，有的則會長時間停留在軌道上。再如，載人航天活動 留下的攝像機、工具、航天服手套等。人類僅用光學望遠鏡和雷達能觀測到的太空碎片，每年大約就會凈增200個，它們主要集中在地球同步軌道、半同步軌道高 度區域和2000千米以下的高度區域。

太空垃圾的數量與航天發射的頻率成正比，發射次數越多，火箭助推器和「退休」衛星落下的垃圾也就越多。以2001年為例，在隕落的太空垃圾中，屬於俄羅斯的超過120噸，屬於美國的將近30噸。

小垃圾的大危害

為了了解太空垃圾的影響，同時研究它們對航天器的危害，「挑戰者號」 太空梭（HMS Challenger）曾在1984年4月，將一個圓柱形的「長期暴露裝置」釋放到近地軌道。該裝置在69個月後被回收，科研人員僅憑肉眼檢查，就在它表 面發現了3.2萬多個撞擊凹痕（其中最大的直徑為0.5厘米），這相當於每天被撞擊15次，平均每繞地球一周就被撞擊一次。

太空垃圾的體積通常不大，但它們都以每秒6～7千米的速度運行。由於相對速度很大，極小的一塊太空垃圾都足以給人造衛星或者載人飛船造成巨大損傷。 一塊10克重的太空垃圾與人造衛星相撞產生的能量，相當於兩輛轎車分別以100千米的時速迎面相撞產生的能量，這足以將衛星瞬間打穿或擊毀。如果它們和載 人飛船相撞，後果更是不堪設想。

此外，如果進入大氣層的大塊太空垃圾不能被徹底燒毀，同樣也會傷及人類。2007年7月，國際空間站宇航員克萊頓·安德森在太空行走期間，將一個635千克重的有毒氨水罐拋入太空。它在太空漂浮了16個月後，於2008年11月2日晚墜入澳大利亞和紐西蘭之間的茫茫大海，萬幸的是，這塊電冰箱大小的太空垃圾並沒有擊中過往船隻。

其實在人類航天史上，太空垃圾造成的事故和災難屢見不鮮。1983年，「挑戰者號」太空梭與一塊直徑0.2毫米的塗料碎片相撞，導致舷窗被損，只 好提前返回地球。1986年，歐空局的「阿麗亞娜號」火箭進入軌道後不久便發生爆炸，形成了564塊10厘米大小的殘骸和2300塊小碎片，這些密集的 「彈丸」後來直接造成兩顆日本通信衛星失靈。2009年2月11日，美國的「銥星-33」與俄羅斯的一顆報廢衛星「宇宙2251」，在距地面800千米的太空中相撞，一時間碎片四濺。

一份美國宇航局於去年公布的報告顯示，環繞地球軌道的太空垃圾數量已經達到了一個臨界點，足以給航天器離開地球帶來重重阻礙。

瑞士衛星「吃」掉垃圾

瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的科學家指出，儘管我們只要預先知道太空垃圾的位置和速度，便可以計算出它未來運動的軌道，並通知有可能與之相撞的航天器改變軌道規避，但這只是治標之策。我們想要解決太空垃圾難題，還是需要從垃圾本身入手。

為此，EPFL推出了「潔天一號」（Clean Space One）航天器研發項目。「潔天一號」能像家用吸塵機一樣，回收太空中廢棄的衛星碎片，然後將它們拖入大氣層中燒毀。據研發人員預測，「潔天一號」的造價在1100萬美元左右，預計最早於2018年發射。

科學家為「潔天一號」設計了兩個工作方案：一是通過打掃裝置收集太空垃圾，然後將整個裝置連同吸入的殘骸，拖入地球大氣層中讓其自行燒毀；二是把打掃裝置保留在地球軌道，將吸入的碎片排放到地球大氣層中。

目前，該研發項目還需要解決三大難題。首先，科學家需要研製出小型發動機，保證能把打掃裝置準確送到垃圾運行的軌道上。其次，研發人員需要根據自然 界生物及植物的形態，製造出一種仿生學抓取機制，就好像海葵那樣的觸手，能夠抓緊高速轉動的廢物，並且同時保持自身穩定。最後，我們需要做到能把廢物引導 至地球大氣層中的預設地點，隨後焚燒。

「潔天一號」的能耐

事實上，EPFL的科學家已經在研製一種僅有幾百克重的微型衛星推進器。這種推進器使用離子化合物作燃料，利用電噴射離子產生推力。這種推進器僅需 0.1升燃料便可使該裝置飛往月球。不過，這種名為「微推力」（Micro Thrust）的迷你發動機，並非用於將衛星送入軌道，而是幫助衛星在太空中實現機動轉向。目前的衛星通常都需要使用笨重且昂貴的發動機，科學家希望「微 推力」發動機能夠開啟一個低成本探索太空的新時代。根據計算，如果採用這種發動機，那麼一顆1千克重的納米衛星能憑100毫升燃料，在6個月左右的時間內 進入月球軌道。

EPFL的科學家赫爾伯特·謝爾表示：「雖然微型衛星的成本遠低於大體積衛星，但它們目前還缺少高效的推進系統。不過，『微推力』發動機卻能夠解決這個問題，它能讓衛星在以時速4萬千米的速度繞軌道飛行時改變方向。我們計劃將其安裝在『潔天一號』上。」

此外，「潔天一號」 可以通過攜帶的攝像頭跟蹤目標，靠離子微型推進器接近目標。這個半自動探測器的制導和控制系統相當先進，不僅能保證探測器進入正確軌道，還能讓它以每小時 2.8萬千米的速度接近較大的垃圾碎片目標。同時，科學家為了保證「潔天一號」能夠捕獲直徑僅為10厘米的軌道垃圾（這種大小的太空垃圾由於反射面變化較 大，會對清潔探測器在計算速度和距離關係時產生干擾，因此較難捕獲），還測試了一種全新的接近目標演算法，這套演算法能夠對捕獲目標的各種參數進行測定，比如 碎片是否發生旋轉等，保證探測器的捕獲率。

但在成功捕獲垃圾後，同樣有難題需要解決。一旦「潔天一號」抓取了目標，它與碎片的整體重心便會發生改變，甚至可能以不受控制的方式旋轉。目前，科學家正在設法讓探測器在捕獲垃圾後，能夠率先穩定自身的軌道，隨後引導自身以曲線的方式進入大氣層。

近在眼前

EPFL的科學家們力圖通過這項計劃，掌握捕獲系統的設計和操作方法。

其實在EPFL緊鑼密鼓研發「潔天一號」航天器項目的同時，歐空局也在探究未來捕獲近地軌道附近廢棄衛星的可行性，並提出了「清潔太空行動」計劃 （Clean Space Initiative）。其中的「脫軌任務」（e.deorbit mission），旨在搜尋和清除軌道高度為800～1000千米太空區域的廢棄人造衛星殘骸。研究人員旨在測試失重環境下，他們的垃圾收集網捕獲和移除 廢舊衛星、運載火箭碎片和其他漂浮在太空的人造碎片的能力。

其實我們都很清楚，想要探索宇宙，了解太空，發射人造航天器必然是無法捨棄的必要手段。但如果人類想要走得更遠，看得更廣，那麼加速研發清理和回收太空垃圾的技術，勢在必行。

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