齣品|網易科學人欄目組 惜辰

據BBC網站報道，近地軌道上布滿的太空垃圾大小不一，數量眾多，對各國部署的探測設備(如衛星)意味著潛在威脅，甚至可能引發災難性的凱斯勒現象。人類挖的坑還得自己來填。不同太空機構或企業都緻力尋找解決方案：利用無人飛船實施避碰操作；用望遠鏡陣列追蹤太空垃圾；使用迴收網、機械爪、離軌帆等技術清理垃圾。

最近獵鷹重型火箭發射成功，它的兩個推進器同步垂直著陸，與此同時，櫻桃紅的特斯拉跑車和身穿宇航服的Starman人形模特也隨火箭飛往太空。這枚繼土星5號火箭之後的最強火箭轟動一時，Space X的創始人埃隆·馬斯剋獲得廣泛贊譽。但是這輛跑車卻引發瞭輿論分歧。

馬斯剋精心安排這輛跑車上天，或許是想緻敬太空科學，從營銷上也不失為成功案例。但同時，它終將解體成為飄蕩太空的人造殘骸，從而引發潛在威脅。

仰望太空，看似清朗卻危急重重。目前散佈在近地軌道上的太空垃圾中，有50多萬塊和彈珠差不多大，2萬多塊體積和闆球差不多。體積更大的太空垃圾有宇航員的手套、廢棄的航天器以及分級火箭。不過，尺寸未必和潛在威脅成正比。

隨著人類展開新一輪的太空競賽，中國、印度等國也加入瞭探索宇宙的角逐中，越來越多的太空垃圾將産生。下一代太空科學傢將麵臨一場嚴峻的考驗：環繞地球的潛在威脅不斷增加，未來如何保證宇宙探測器不受影響。

為避免潛在的緻命危機，全球的太空機構都在摸索如何解決太空垃圾問題。

NASA軌道碎片項目的首席科學傢劉傑奇(Jer-ChyiLiou)錶示，“幾毫米大小的軌道碎片會對近地軌道上的大多數探測器造成極高的衝擊速度，因此穿透風險最高。”

這些細小碎片的最高速度接近4.8萬公裏/時，遠遠超過發射中的子彈。

今年2月初，聯閤國第55次關於和平利用外太空的科學技術小組委員會會議在越南舉辦。會議期間，劉傑音分享瞭有關太空碎片環境的最新情況以及NASA展開的行動和研究。僅2017年，全球共執行86次發射任務，把400多個宇宙探測器送往近地軌道。

“近地軌道上的碎片共超過7600噸。美國戰略司令部的太空監視網絡(SSN)正在追蹤大約2.3萬塊大碎片。還有數韆萬塊碎片因體積太小無法被追蹤，但仍會對載人航天飛船和無人太空設備造成威脅。”

凱斯勒現象或碰撞級聯效應是指太空碎片密集到某個臨界點，太空垃圾彼此碰撞後造成更多撞擊，形成更多碎片，最終發生級聯效應，讓整個近地軌道布滿危險的太空垃圾，讓衛星失去能夠安全運行的軌道。太空已是人類日常生活不可或缺的一部分，遠程通信、災難監測等都離不開太空設備的正常運行，失去任何一顆衛星都意味著極大的損失。

2009年，美國的銥33通訊衛星與俄羅斯已報廢的宇宙2251衛星相撞，導緻太空碎片的數量激增。

去年，NASA利用無人飛船實施瞭21次避碰操作。其中4次是為瞭躲避來自風雲-1C衛星的碎片，兩次是為瞭避免與銥33和宇宙2251衛星遺留的碎片相撞。

通過改變軌道來移除太空中的障礙物是避免可能碰撞的途徑之一。但由於太空垃圾數量過多，持續的觀察和預測是很有必要的。

劉傑音指齣，“NASA綜閤利用雷達、望遠鏡、現場測量等方法對亞毫米級的太空垃圾展開監測（並非追蹤）。”

2017年12月，NASA在國際空間站上安裝瞭太空碎片傳感器(Space Debris Sensor)。它約有1平方米，厚20釐米，具體安裝在歐洲的哥倫布實驗艙中。至少兩年內，它將負責監測毫米級的太空碎片，提供它們的尺寸、密度、速度和軌道等信息，也將判斷這些碎片是來自太空還是人造殘骸。

近地軌道所有已知的太空垃圾中，約有三分之一是由美國造成的。

全球的太空機構都在緻力於解決這些太空隱患。俄羅斯聯邦航天局已與巴西航天局達成閤作，將在巴西架設一颱全新的望遠鏡，用來監測太空垃圾。

這一領域也存在商業市場。美國的ExoAnalytic Solutions和英國的Space Insight等私營公司對太空垃圾展開監測，再把數據齣售給衛星運營商。Space Insight公司在塞浦路斯安裝瞭地麵傳感器。

在西班牙，Deimos Sky Survey公司利用望遠鏡陣列追蹤小行星、太空垃圾等近地天體。該公司也監測到埃隆·馬斯剋送往太空的特斯拉跑車。

除瞭讓太空垃圾改變軌道以防止碰撞的方法，迴收太空垃圾也具有可行性。今年4月，REMOVEdebris衛星將搭載SpaceX的獵鷹9號火箭升空，飛往國際空間站以執行太空碎片主動清除任務。為瞭測試幾種迴收方法，衛星上攜帶的兩枚立方體衛星將嚮太空釋放模擬碎片。這項任務由英國薩裏太空中心負責。

該中心的主管古格列爾莫·阿哥列提(Guglielmo Aglietti)錶示，任務期間將對四項關鍵技術進行測試：視覺導航係統、碎片迴收網、抓取碎片的機械爪以及離軌帆。離軌帆的作用是讓碎片減速、最終墜入地球大氣層。

太空機械爪聽起來有點離奇，但對於較大的太空垃圾，它能夠發揮很大的作用。它僅有一把筆那麼大，由空中客車防務及航天公司（Airbus Defence & Space）設計製造。

這項測試任務將嚮太空發射一塊10平方釐米的麵闆，與機械爪相距1.5米遠。係有栓繩的機械爪從太空飛船中發射後將嘗試刺穿和迴收麵闆。迴收網的作用是包覆並拉迴太空垃圾。

離軌帆是一塊塑料薄膜，隻能在機械爪和迴收網之後接受測試。阿哥列提說，“在真實操作中，離軌帆會在最後一個階段發揮作用，它能讓太空垃圾逐漸偏離軌道並最終墜毀在地球大氣層中。”

REMOVEdebris衛星若成功地通過測試，它們將開始履行太空清掃工的使命。阿哥列提錶示，“我們將證明，利用相對廉價的技術能夠完成清除太空垃圾的任務。我們希望，該技術能夠吸引商業投資，並開始執行任務，移除那些威脅係數最高的太空垃圾。

迴收可控的虛擬垃圾是重要的第一步。下一階段對不可控的太空垃圾的清理會更復雜。歐洲航天局正嚮成員國提議，在2019年末執行E.deorbit任務。

歐洲航天局太空垃圾辦公室主管霍爾格·剋拉格(Holger Krag)指齣，“E.deorbit將證明，我們能夠從軌道中安全移除不可控的垃圾，這可能是歐洲航天局的廢棄衛星，對地麵指令再無迴應。我們將首次把迴收技術應用在真實的目標衛星上。”

為瞭接近廢棄衛星，執行任務的太空飛船將安裝傳感器組件，這絕非易事。剋拉格指齣，“接近國際空間站這種受控對象、再與之對接都是一項大挑戰。廢棄衛星是不受控的對象，可能會翻滾或鏇轉，因此抓取設備必須做齣同步調整，盡可能地固定住衛星。”

歐洲航天局經曆過瞭一次驚險的事故。2016年8月，數釐米大小的太空碎片擊中哨兵1A衛星的一塊太陽能麵闆，導緻電力小幅下降，衛星的軌道和方嚮發生略微偏移。

剋拉格錶示，“我們十分重視太空垃圾這一威脅，歐洲航天局發射瞭20顆衛星，其中10顆衛星在太空垃圾十分密集的區域運行。我們需要定期實施防撞操作。”

但剋拉格對這一問題持有一種務實的態度。他說，“我們隻能盡己所能地控製風險，但無法完全避免碰撞。”