“疯狂”铺设卫星网，太空垃圾谁来清理？

太空垃圾数量一直在快速增长：据美国航空航天局（NASA）报告，截至2019年10月，该机构已追踪到超过2.2万个绕地飞行物体（其中2000个是运行中的人造卫星）。这些已追踪物体的轨迹已知，碰撞几率可被清楚估算。然而，NASA估计难以观测到的漂浮碎片超过100万个，算上小于1厘米的微型垃圾则远超1亿个！

太空垃圾成“达摩克里斯之剑”

虽然美国、俄罗斯等已在监控大于10厘米的太空垃圾，但对于10厘米以下的太空垃圾，现有监视系统完全处于力不从心的状态。

此外，据日本天空完美日星公司统计，截至2020年，10厘米以上的太空垃圾约3.4万个，1—10厘米的约90万个，0.1—1厘米的约1.3亿个。几毫米大小的太空垃圾的威力就相当于被100公里时速的保龄球撞击，1厘米太空垃圾的威力则相当于轿车以70—80公里的时速相撞。

更令人忧心的是，这些碎片之间还会相互撞击，由此产生更多碎片，正所谓被称为“凯斯勒现象”的恶性循环：如不加干预，环绕地球轨道会被大量太空垃圾占据，来自细小碎片的轻微碰撞都足以造成大事故，人类将无法安全地发射新航天器。

荷兰艺术家丹·罗斯加德还给出一个非常悲观的预测：有一天地球将深陷碎片星云的牢笼中。这种极端前景也更需要人类对这个问题更加敏感。

在再渺小的它面前，空间站也无比柔弱

2009年，NASA就发布了一项研究结论，为了遏制太空碎片的增长，每年必须清除5—10个最大碎片——从冰箱到城市公交车大小不等的报废卫星。

事实上，国际空间站的“抵抗力”仅限于10毫米以内的碎片，它设有碎片防护罩来阻挡小于1.5毫米的碎片，地面控制系统负责跟踪更大碎片（3毫米以上），并在必要时使用推进器来实施紧急变轨避免事故。习惯成自然，国际空间站每年都要躲2—3次来自太空无序碎片的攻击。

NASA于2017年12月开始安装在国际空间站外部的太空碎片感应器（Space Debris Sensor）负责开展微碎片监测活动（0.05—0.5毫米），提供相关物质信息——尺寸、密度、速度、轨道等，并确定撞击物是来自太空还是属于人为产生的太空碎片。

该感应器项目主要研究人员约瑟夫·汉密尔顿表示：“即便0.3毫米这么小的碎片也能损坏暴露在外的热保护系统、宇航服、舷窗和未遮蔽的敏感设备……在空间站上，它可能会在宇航员路径中的把手上留下锋利的边缘，从而导致宇航服损坏。”

目前，欧洲科学家应对太空垃圾主要有两种策略：一是监控大型垃圾以避免碰撞;二是用技术手段清理较小的太空碎片。

大公司使局面更混乱？

虽然商业公司加强了清除太空垃圾的创新能力，但另一方面，它们也完全有可能增加太空任务的风险。例如，2019年欧洲航天局的“风神”与美国的“星链”就曾出现相撞险情，欧洲航天局不得不对“风神”手动变轨，避免发生“交通事故”，进而产生更大量太空垃圾。

事实上，“星链”（Starlink）卫星为马斯克卫星互联网计划中的重要一环。马斯克曾详细介绍道，只要部署的星链卫星数量达到800颗，就可以为全球大部分地区初步提供网络服务。2021年1月，又有143枚卫星搭乘SpaceX猎鹰火箭发射升空，进入预定轨道。星链已有近900颗卫星，这数量已经超过了欧洲发射的所有卫星！

另外，亚马逊公司也挖来了SpaceX的几位前高管，如法炮制了“星链计划复刻版”：它于2019年就表示计划将在3个不同近地轨道上部署3236颗卫星。

随着这些财大气粗的公司加入太空俱乐部，太空中卫星数量必然会经历爆发性的增长，给太空交通、太空垃圾清扫造成更大压力：譬如，刚刚提到的“风神”险与“星链”卫星相撞事故是如何产生的？欧洲航天局太空垃圾清理计划负责人路易莎·依诺桑提解释道，一般说来，不同航天局管理各自运行中的卫星时，会与其他航天局相关负责人联系协调。不过，SpaceX是私人运营商，而欧洲航天局工程师联系其时，只是在互联网上搜索了该公司的联系方式并向其发送了一条消息（无人回复）。因此，欧洲航天局决定单方面采取避让计划。这意味着，各国航天局需要和太空市场的新商业运营商进行更充分的沟通。

潘多拉的盒子被打开？

依诺桑提称，按规定，卫星必须在“25岁”前被处理，但实际上只有20%的卫星被有效回收：卫星价值很高，其运营商经常会“榨取”其价值到最后一刻。不过后果就是，一旦出故障，它就成了能在太空逗留长达200年的垃圾。近地轨道的失效卫星会在重力作用下慢慢下降，重新进入大气层。依诺桑提认为，SpaceX选择在近地轨道铺设卫星也是考虑到这一点，但她担忧，SpaceX今后是否会选择更高、更难回收卫星的轨道？

在这个问题上，法国国家太空研究中心的皮埃尔·欧玛利做了更详细的说明：在早期，SpaceX要求使用的是更高的轨道。但是，由于它提交的授权申请涉及多达12000个卫星，美国监管机构使其将预设高度降低到500公里左右。欧玛利还特别提到，这些物体在夜晚的开始和结束时用肉眼清晰可见，对进行观测活动的天文学家施加了光污染的障碍！

事实上，高度为36000公里的地球静止轨道十分拥挤：科学家还专门为此规划了“卫星公墓”轨道——“寿终正寝”的卫星必须再升高或下降200公里，为的是给这一重要轨道腾出更多地儿。目前，70%的太空垃圾清理也是在这一轨道执行的。

各国清理垃圾花样百出

在清理太空垃圾方面，各国已经进行过不同的尝试。2012年，瑞士科学家设计飞行器在环绕飞行时收集垃圾，并在返程时带垃圾坠入大气层。2016年，日本设计方案借助金属导索吸附太空垃圾并向其放电，让其减速脱离轨道，再坠入大气层。

2018年，欧洲航天局还曾测试“太空鱼网+鱼叉”的“清除残骸”（RemoveDEBRIS）方案：先用“鱼叉”击碎太空垃圾，再通过锥形“鱼网”将垃圾包裹、带入大气层焚毁。该任务由英国萨里大学的一家衍生企业萨里卫星公司（SSTL）和控股的空客等公司合作。在由萨里大学太空中心牵头、欧盟第七框架计划提供部分资金支持的情况下，致力于“清除残骸”方案卫星开发的成员包括空客、阿丽亚娜公司，以及来自法国、荷兰、瑞士、南非的多家研究机构。空客相关项目负责人因戈·乐塔称，“我们花了6年时间设计抛物线飞行，在特殊垂直落塔和热真空室中进行测试。”

其他航天机构正在探索使用地面激光烧蚀废弃的卫星和其它碎片的前沿技术，使这些物体减速并重新进入大气层。此外，2020年，日本天空完美日星公司还宣布将涉足 “太空垃圾”清除业务，计划在2026年实现商业化。该公司将与多家日本高校和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）合作，开发通过向太空垃圾发射激光使其在大气层中烧尽的卫星。

具体来说，该公司将开发的“太空垃圾清除卫星”会向太空垃圾发射脉冲式激光，照射一次所产生的推力大致可让一枚硬币悬浮起来，通过长时间地反复照射来改变太空垃圾轨道，使其掉入大气层。

天空完美日星公司还指出了激光推进技术相比机械臂抓捕技术的优越性：比起物理接触方式，激光可在保持一定距离时使用，碰撞的风险低。另外，这种方法不需要额外配置搬运太空垃圾的燃料，这部分成本也可以节省。

2021年，俄罗斯的一家新兴企业StartRocket推出了名为“碎片泡沫捕手”的新项目。该公司创始人弗拉德·西特尼科夫解释道，公司设计的小圆柱状泡沫卫星会展开有粘性的触手来捕获碎屑，再将它们带入大气层中燃烧。2022年，该收集卫星将被送入绕地轨道，以观察其材质在太空环境中的表现，首次正式测试应在2023年启动。

欧洲抢先开启大型官方项目，瞅准太空新商机

2020年12月1日，欧洲航天局与名为“清洁太空”（Clearspace）的瑞士公司签署了总额8600万欧元的合同，由后者制造处理太空垃圾的“清洁太空1号”航空器。

事实上，重达500公斤的“清洁太空1号”将成为全球首个处理太空垃圾的航天器，预计将于2025年搭乘Vega-C火箭发射。它配备了相机、激光雷达及铰接式触角，为的是抓取112公斤、位于绕地轨道上的“织女星二级有效载荷适配器”（Vespa）。捕获目标后，“清洁太空1号”将把有效载荷拖入破坏性轨道在大气层中燃烧。

英国广播公司2020年5月报道，有分析指出，太空碎片监控和追踪市场到2035年将达到1亿英镑规模，而欧洲显然在这一领域颇有前瞻性：欧洲航天局已率先瞅准了太空垃圾清理行业的商机，并放话要通过“清洁太空”项目，建立一个“由欧洲工业界主导的新商业部门”。换句话说，欧洲航天局要在“商业化太空垃圾处理”的全新领域占据先机。英国太空署也在2020年宣布拨款100万英镑，鼓励科技企业参与太空垃圾追踪技术创新。

早在2019年11月，欧洲航天局局长乔·沃纳就宣布欧空局获得了高达144亿欧元的预算。除了资助与美国宇航局合作执行火星表面取样、感测引力波的卫星、登月钻探水源等令人瞩目的项目外，这笔预算也将被用于太空碎片处理研究。

不过，成本高、难度大都是清理太空垃圾面临的实际难点。欧盟背景的“清洁太空”公司也表示，在完成“清洁太空1号”之后，它的后续目标是一次捕获多个垃圾，以便削减成本。另外，项目负责人还一度表示，他们面临的挑战是成像系统，即在抓取物体之前快速呈现物体外部特征。

值得一提的是，美国诺斯罗普·格鲁曼公司还提供了一个新思路：将航空器送入地球静止轨道，通过给“濒临死亡”的卫星安装新的发动机和燃料为后者“续命”。上文提到的日本天空完美日星公司将客户指向了准备构建卫星网的企业：通过清除废弃卫星，他们可以更好地保障客户卫星网免受干扰。不仅如此，各国航天部门也被视为潜在客户。铺设“星链”卫星的公司很可能都是太空垃圾清理的主要客户群：星链意味着在同一轨道上移动的数千颗卫星，在这个复杂的系统中，捉摸不定的太空垃圾显然会威胁到整个星链，垃圾清理也变得至关重要。

（责编：刘婕）