自1957年第一颗人造卫星发射以来,人类送入地球轨道的卫星已经超过1.3万颗。人类太空活动蓬勃发展的同时,留在轨道的空间碎片也在不断增加。据统计,目前被空间碎片监测网络定期跟踪和编目的碎片超过3.1万个,而毫米级以上空间碎片总数更是多达上亿个。相较于2006年的数据,以空间碎片为主的小尺寸空间物体密度已增加了约5倍。

  如果把低地球轨道比作一条高速公路,越来越多的空间碎片就好比留在路上的破损汽车,也叫太空垃圾。它们主要来源于废弃的卫星、飞行器及火箭的上面级,这些物体在解体、爆炸和碰撞中会产生更小的碎片。大部分空间碎片虽小,却有着20倍于子弹的运行速度,给轨道上的交通带来诸多风险。根据公开报道,由于碎片撞击而失效或异常的卫星超过16颗,每年全球卫星机动规避空间碎片的操作超过100次,国际空间站为躲避空间碎片撞击共进行了29次机动规避。

  在遭遇垃圾挡道时,卫星运行能否也像在高速公路上那样呼叫“拖车服务”呢?为了实现这一愿望,世界航天大国都在积极开展空间碎片清除技术研究,提出了各自的清除方案。总的来看有两大类:一类是接触式,如机械臂抓捕、安装离轨装置等。第二类是非接触式,如用激光或离子束等进行推移。两类清除方式殊途同归,都是要让碎片离开当前轨道,进入大气层烧毁。

  当前,各类在轨试验在基本解决技术可行性的基础上,对经济可行性的需求愈发迫切。想象一下,“拖车服务”的成本若是比卫星遭撞击风险带来的损失还高,必然不会有吸引力。2017年,日本宇航局在所发布的太空碎片清除委托公告中,除了征集清除系统及关键技术方案,还明确提出要征集商业化可行性方案。

  随着更多航天技术公司加入这一赛道,空间碎片清除的商业图景正逐渐显现。日本天空完美公司表示,将开发一颗用激光清除太空碎片的卫星,计划在2026年投入运行。欧洲航天局已出资8600万欧元购买瑞士初创公司“清洁太空”的服务,计划于2025年发射专门航天器,演示验证大型报废卫星移除技术。

  空间碎片清除不仅是一种太空经济新业态,还能带动空间目标捕获、高性能推进与组合体控制等高新技术发展,为未来大规模利用太空奠定基础。当前,中国也在大力发展相关技术,并在《2021中国的航天》白皮书中将空间碎片清除列入太空经济新业态,不断培育和提升航天产业规模效益。未来,空间碎片清除市场价值将日益凸显,太空垃圾清扫公司也将成为航天产业链上的一个重要环节。

  (来源:人民日报 作者为中科院国家空间科学中心研究员 周炳红)

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