清除太空碎片需要世界各国共同努力_风闻

作者：兰顺正

首发自：中国航天报

近日,俄罗斯国防部发表声明称，俄罗斯使用地基拦截弹成功摧毁了太空中一颗处于废弃状态的卫星，测试取得圆满成功。而此次实验也引发了国际社会对于太空碎片问题的普遍关注。

据悉，此次俄罗斯反卫星试验使用的是1枚地基直升式反卫星导弹，拦截目标是1颗于1982年由苏联发射，现在已经报废的处女地-D电磁侦察卫星。该卫星重约2吨，运行在距离地面487公里高的轨道上。试验迄今已产生超过1500块能跟踪到的碎片，以及数十万块较小的碎片。

分析认为，当导弹击中处女地-D卫星时，所产生的每一块碎片都得到了部分推力，将它们送到更高和更低的高度，所以，“卫星解体”产生的碎片云主要分布在300公里-700公里的近地轨道上，而目前有两座空间站运行在400公里高的轨道上，其中一座就是国际空间站，并且两座空间站都有多名航天员驻守。不过事后俄方强调形成的碎片不会对航天活动构成任何威胁，并且还公布了相关视频表明国际空间站与卫星碎片在不同平面沿着不同的轨道移动。

众所周知，太空垃圾已经成为人类航天活动的大敌，自从人类在上世纪50年代向太空发射人造卫星以来，太空中各类废弃的人造物体越来越多，导致近地轨道异常拥挤，以至于开始影响到人类后续对太空的和平利用。

保守估计，目前在地球近地轨道上漂浮着70万件太空垃圾碎片，总重量约4500万吨，且危害惊人。试验表明，直径3.6毫米的铝弹丸在6.22公里/秒的速度下就能击穿50毫米厚的铝蜂窝板，而且太空碎片撞击卫星的平均速度可达10公里/秒。所以，毫米级碎片不但对星外设备构成重大威胁，还对星内设备造成威胁。同时毫米级空间碎片可能会穿透航天员的宇航服，因此对于出舱工作的航天员也是致命的“子弹”。而毫米级以下的碎片即使不会对星内设备造成威胁，但对星外设备也能造成不同程度的损伤，进而造成卫星分系统，甚至整体功能失效。

根据美国科学家唐纳德·K·凯斯勒于1978年提出的理论假设，当在近地轨道运转的物体密度达到一定程度时，这些物体在碰撞后产生的碎片会形成更多的新撞击，形成级联效应，这意味着近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖。凯斯勒认为，由于太空垃圾失去了能够安全运行的轨道，在之后的数百年内太空探测和人造卫星的运用将变得无法实施。

对于如何解决太空碎片问题，首先是从源头减少。如在运载火箭末子级将有效载荷送入预定轨道后，应对火箭末子级采取“钝化”措施，排空剩余推进剂，减小其在轨解体的可能性。

而目前针对在轨的太空碎片主要采取的方式是早发现、早规避，当发现太空碎片会对航天器造成碰撞危险时，一般采取被动避碰策略。对体积较大的太空碎片，采取持续观测、编目预警和及时躲避等被动规避措施（国际空间站每年都要进行多次变轨以躲避碎片撞击）。如美国空间监视网(SSN)从20世纪60年代初开始组建，是目前世界上最早且最大的观测系统。目前SSN可以观测到LEO区域直径大于5cm和GEO区域直径大于13cm的空间碎片。该监视网主要由地基雷达、地基光学和天基等多手段组成，其设备遍布全球,在全世界分别组建了25个观测站, 可以连续跟踪观测LEO区域的空间碎片,具备低轨和高轨空间目标的搜索发现和编目能力，目前跟踪编目的在轨空间碎片超过23000个。

同时，随着技术的发展，各种在轨主动清理太空垃圾的设想也开始成为现实。目前各种清除方案中，对体积较大的碎片一般采取机械手、飞爪、柔性飞网、“鱼叉”等抓捕手段。2016年6月25日中国全新研制的长征七号运载火箭在海南文昌航天发射场发射升空，火箭的载荷中有一台名为“遨龙一号”的空间碎片主动清理飞行器，任务是清理太空碎片，该航天器上装载了一台机械臂，以模拟在太空抓取废弃卫星和一些其他碎片，并带到大气层进行烧毁，这也是我国在空间碎片主动清除领域的首次在轨验证。2018年9月，欧盟碎片清理卫星（Remove DEBRIS）在国际空间站成功完成了第一次实验。该卫星平台首先释放一颗小型立方星，再利用一张特殊的网捕获太空碎片以及该小型立方星。然后该小型立方星与网一起脱离轨道，再入大气层时被产生的高温分解。2019年2月，碎片清理卫星完成了“鱼叉”演示实验。该卫星平台在在距离飞船约5英尺的一个悬臂上部署其假想太空垃圾目标，然后用鱼叉以超过44英里/小时的速度命中目标。另外早在20世纪80年代末, 美国、德国等就提出了用强激光移除空间碎片的概念，该技术是使用强激光束照射碎片表面, 使辐照区材料产生熔融、汽化、电离, 形成等离子体反喷羽流, 反喷羽流的冲量耦合使碎片获得反向速度增量, 从而驱动碎片运动, 改变碎片初始轨道。

而对于尺寸1厘米以下的太空碎片，主要采取对航天器表面进行强化的方法来硬抗。此前就有俄罗斯媒体报道，俄罗斯联邦航天局发明了一种新型“保护罩”，用于减少太空垃圾碎片撞击对卫星的损害。

总之，太空是人类共同财富，维护太空安全，和平利用太空，需要世界各国一起努力，只有这样才能让我们的后代一直享受太空带来的红利。