太空清洁工

根据美国航空航天局统计，截至2016年10月4日，地球近地轨道范围内共有被监测的人造天体17817个，而最近的三个月就增加了88个，碎片垃圾增长的速度也越来越快，这导致地球看上去像被垃圾场包围了一样。如果你看过电影《地心引力》，就会知道那些四处乱飞的碎片有多危险。

空间碎片绝大多数分布在距地面2千米处（这是人类使用最频繁的低地球轨道），其运行速度为每秒7.8千米。它们如果与航天器发生超高速撞击，其相对撞击速度为每秒0千米到每秒15千米，平均撞击速度为每秒10千米。要知道地面上炮弹的速度最快也不到每秒2千米，所以空间碎片对航天器的安全和航天员的生命构成了巨大的威胁。

实际上，因为太空碎片的碰撞导致航天器被破坏的例子不胜枚举。1983年，“挑战者号”航天飞机与一块直径为0.2毫米的涂料碎片相撞，导致舷窗被损，只得提前返航。1986年，“阿丽亚娜号”火箭进入轨道后发生爆炸，产生564块残骸和2300多块小碎片，这些密集的“弹丸”直接导致两颗日本卫星失灵，之后也造成其他方面不小的破坏。如果大型残骸由于速度降低而进入大气层，一旦落到人口稠密区，后果将不堪设想。

很长一段时间内，面对空间碎片对在轨航天器的威胁，各国更多的是采用被动措施防护、规避或预防新空间碎片的产生。然而，随着碎片的持续增加，越来越多的问题暴露出来，开展研究空间碎片清除技术渐渐被各国重视。

目前，已经提出的空间碎片清除技术主要有推移离轨、增阻离轨、捕获离轨、服务后重用以及自主离轨。推移离轨是一类重要的空间碎片清除方式，它利用激光、离子束、太阳辐射等能量束对空间碎片产生特定的作用力，使其离开原有的运行轨道，从而达到清除目的。目前典型的推移离轨有激光推移、离子束推移和太阳帆推移。

激光清除空间碎片的模式主要有直接烧蚀模式和烧蚀反喷模式。直接烧蚀模式主要针对微小空间碎片，利用强大的连续波激光照射碎片，使其温度升高至碎片的熔点甚至沸点后熔化或气化。烧蚀反喷模式主要针对较大的空间碎片，它利用高能脉冲激光束照射碎片表面，产生类似于火箭推进的“热物质射流”，使碎片产生一定的速度增量，进入大气层烧蚀，从而达到清除的目的。

其他推移离轨清除技术与此原理类似，只不过发射的粒子不同。例如太阳帆推离离轨是利用太阳光压推移碎片或残骸进入“坟墓轨道”。

随着推移离轨技术的不断发展，科学家发现增阻离轨清除技术也是一种不错的选择。它利用碎片的飞行阻力降低碎片的速度，进而缩短碎片的轨道寿命，使其在规定的时间内离轨、进人大气层。日本宇宙航空研究开发机构就计划以此方案开展清除实验，其想法是利用磁场中电流生力的原理，通过一根长700米的电线为碎片通电，对碎片产生作用力，使其速度降低后自动进入大气层销毁。

然而，利用大氣层销毁碎片存在一定的风险。在清除系统方案的选择上，当前各国一致倾向于“捕获+离轨”式清除方案，其工作过程是：碎片清除器首先依靠跟踪定位系统逼近目标碎片并进行捕获，依靠轨道转移系统将目标拖入大气层烧毁，或降低其轨道，待其日后自行衰减。

虽然各种各样的空间碎片清除技术不断出现，然而，目前各国对空间碎片环境“先污染后治理”还是“可持续发展”的态度并没有达成一致。越来越多的太空垃圾或许能提醒人们，在利用宇宙资源的同时，应该也要确保地球处在相对洁净、安全的环境下。（据中国科普博览）