太空飛行器也要上牌照了？科學家們正在嘗試標記太空垃圾
地球軌道上已經存在著無數的太空垃圾碎片，它們正在威脅著太空飛船的安全。就此，兩支科研團隊都建議為太空飛行器安裝上獨一無二的應答器作為其牌照，以便更好的標記和追蹤它們。
近地軌道上太空垃圾的藝術展示圖，該圖以誇張的比例形象地呈現出地球周圍密密麻麻的太空垃圾；供圖：歐空局
來源 | AIP Inside Science
作者 | Ramin Skibba
目前，在近地軌道上，已知的太空碎片就已經高達數千顆之多，它們幾乎填滿了整個軌道。但隨著越來越多的研究和商業項目開始向太空發射被稱為「立方體衛星」的小型衛星後，近地軌道必將越來越「人滿為患」。
為了管理太空垃圾，科學家模仿脈衝星，用「特定頻率」的激光閃爍信號標記衛星
大衛·帕爾默（David Palmer）是一位來自美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的天體物理學家。他和他的同事們正在研究一種可行的方法，去跟蹤這些正在不斷壯大的太空交通。帕爾默教授的日常研究對象是脈衝星，一種可以發射出規律性無線電波脈衝信號的遙遠天體，——他意識到類似這種來自脈衝星的低功率信號可以被用來追蹤太空中的人造飛行器。這給了他很大啟發，促使帕爾默教授和他的同事們嘗試研發一種只有郵票大小的衛星信標。該信標具有獨特的可識別性，就像太空飛行器的車牌。如果該技術研發成功，它將會被廣泛應用於該領域，並將有助於解決正在日益惡化的太空垃圾擴散問題。
脈衝星是一類可以發出特定頻率脈衝信號的天體；圖片來源於網路
帕爾默教授給我們介紹說：「我們很希望能將這項技術從實驗階段推廣到正真的應用層面。在未來幾年裡，人們會希望自己的衛星上都裝備上這個『車牌』。如果一切順利的話，可能在未來五到十年內，所有進入太空的飛行器都會被要求『掛牌上路』。」
帕爾默教授和他的同事麗貝卡·霍爾姆斯(Rebecca Holmes)將這個太空車牌命名為「極低資源光學識別器」(ELROI)。該識別器將通過一個精確頻率和模式的激光閃爍信號，為主體衛星生成一個特定的序列號。它可以附著在任何東西上，並自帶太陽能電池板，作為其獨立的電源供給。這樣即使衛星主體不再工作，它依然可以繼續運行。帕爾默和霍爾姆斯教授在近期刊發的《宇宙飛船和火箭雜誌》期刊上發表了一篇學術論文，詳細得描述了上述設備。他們的目標是在今年的9月末，將一顆新墨西哥州的技術衛星作為第一個測試模型發射升空。
在太空中，即便是一顆小螺絲釘的碰撞，也會對航天器造成毀滅性的損害，並在其尾跡中產生更多的碎片。並且，隨著時間的推移，不斷形成的碎片會使得這些軌道完全無法再被使用。這種場景就像2013年電影《地心引力》中所描述那樣。然而，不同於海洋法中允許人們擁有可以從海洋中收集垃圾的打撈權，目前的國際空間法要求，如果想要成為太空垃圾拾荒者，就必須事先確認這些垃圾的所有權，並在獲得其所有者許可的情況下才方能將其清除。提升太空中物體的可識別能力，將可以更好地跟蹤這些繞地軌道運行的物體，並且減少它們相互碰撞的幾率。
電影《地心引力》中太空站損毀碎片散落，這些碎片會影響軌道使用；圖片來源於網路
另一組科學家：使用雷達技術，仿照飛機的應答系統標記衛星
安德魯·亞伯拉罕（Andrew Abraham）是一位航空航天公司的高級技術人員，他來自美國弗吉尼亞州尚蒂伊市。他說到：「主動清除這些碎片並非一個行之有效的方法，要知道將一個物體移向另一個物體，並將其帶出其運行軌道需要消耗巨大的能量。這是一個不切實際但又十分棘手的問題。」
為此，亞伯拉罕工程師和他的團隊正在研發一種只有撲克牌般大小的應答器，用以標記太空飛行器。這種應答器使用的是雷達技術，是仿照目前飛機使用的系統設計的。儘管他們的應答器相比其競爭對手設計的「極低資源光學識別器」來說，體積會略大一點，但其優點是可以在日光下追蹤，而基於激光技術的「極低資源光學識別器」則不行。另外，即使是在不晴朗的天空下，它也依然可以保持聯繫。亞伯拉罕團隊也計劃將在明年進行首次發射測試。
據來自科羅拉多大學航空航天工程和衛星導航方面的專家丹尼爾·舍爾（Daniel Scheeres）所說，由於這兩種設備都無法被安裝在已存在的太空殘骸身上，這項技術並不會幫助減少已有的太空垃圾的數量。但無疑，在未來，至少可以通過使用上述兩種特定的標記裝置來幫助簡化太空交通的管理。
無論用激光，還是雷達，兩種「牌照」都可以幫助管理太空垃圾
舍爾教授說：「新部署立方體衛星可能需要經過一段時間才能夠被正確識別，因為實際上它們只是宇宙中一個個很難被觀察到的光點。而有了該技術，可以有效地加速這一進程。」此外，據舍爾教授說所，儘管隨著時間的推移，物體的軌跡會變得越來越不確定，但這些裝置可以將當下觀測的目標與早先發射的目標匹配起來，進而使得每顆衛星軌道的跟蹤都變得更加容易。另外，當飛行器的電力最終耗盡時，該技術還可以幫助人們最終清除這些太空垃圾。
立方體衛星正在軌道上正常工作；圖片來源於網路
但是清除這些太空垃圾最好的辦法是什麼呢？亞伯拉罕教授說，首先是不要再製造出更多的太空垃圾。
他繼續補充說到:「在一顆衛星生命結束之時，我們將停用它，並清除其儲存的推進劑，然後把電池耗盡，它（電池）可能會自己爆炸。」然後再將這些報廢的衛星發配到遠離運行軌道的「墓地」軌道上，或者乾脆讓它們墜入大氣層，直接在大氣中燃燒掉。
翻譯 | 谷大春
責編 | 高佩雯
https://www.insidescience.org/news/scientists-test-tiny-labels-sorting-out-space-debris
美國物理聯合會（AIP/American Institute of Physics）--InsideScience專欄獨家供稿
