人类如何有效清理太空垃圾

据国外媒体报道，尽管有很好的技术演示，但对于日益严峻的轨道垃圾处理问题，并没有一个万能的解决方案。一场太空时代的“共同悲剧”就在我们的眼皮之下悄然发生，或者确切地讲，就在我们的头顶之上正在进行着，然而研究人员对于如何阻止它，还没有达成共识。半个多世纪以来，人类向近地轨道抛掷物体的数量越来越多，近地轨道现已变成一个以地球为中心的太空垃圾场，在这个日益拥挤的太空领域，各国对太空发射的限制条件很低，多数国家的态度一直保持宽容——在近地轨道上，似乎总是有空间可以发射航天器。

在经历几十年的航天领域高速发展之后，近地轨道残留了许多废弃的火箭推进器，太空中漂浮着螺栓和油漆碎片，固体火箭发动机残骸，报废或即将报废的人造卫星，以及反卫星测试散落的碎片，所以这些都可能对正在运行的航天器构成威胁，最近该现象会恶性循环，导致近地轨道变得过于拥挤，航天器存在更大的安全危机。

不断发射人造卫星，碰撞风险日益增大

当前近地轨道可能变得更加糟糕，因为数以千计的人造卫星即将升空，例如：SpaceX公司的“星链”，它将构建一个宽带互联网系统，“星链”仅是众多类似项目中的一个，另一个名为“OneWeb”的大型星座项目正在部署之中，亚马逊公司的“柯伊伯项目”正在寻求不久的将来创建一个由3200颗人造卫星组建的巨型卫星群。

伴随着人造卫星群数量逐渐增多，轨道航天器也变得越来越险象环生，例如：国际空间站定期调整运行轨道，从而避开潜在的危险碎片，更糟糕的是，近地轨道全面碰撞威胁日益增大，产生越来越多的危险太空垃圾。2009年2月，一颗报废的俄罗斯宇宙卫星与一艘商业铱卫星相撞，产生大量碎片。

寻找方法清除至少一部分太空垃圾，应该是全球优先考虑的事情。20世纪70年代末，科学家就预言可能出现的场景——随着太空垃圾的密度增大，级联、自维持失控产生的碎片碰撞将不断循环发生，最终可能使低地球轨道变得太危险，无法维持大多数空间活动。

现在科学界已经达成共识，太空碎片环境已达到一个“临界点”，即使停止所有航天器发射，碎片也会继续增加，但是只有铱卫星类型的碰撞事件才能引起所有人的关注，而事实是此类碰撞事件已成为在所难免的事情。

至于凯斯勒综合征，该现象已悄然开始了，目前近地轨道碰撞事件随时都可能发生，但不是大规模碰撞事件。

关于潜在太空垃圾碰撞事件的各种猜测，促使科学家提出许多种太空碎片清理方法，例如：太空网、激光爆炸、太空鱼叉、巨大泡沫球、太空绳索、太阳帆以及收集太空垃圾的机械手臂和触手，这些方法均被提出作为清除轨道垃圾的解决方案。

为了应对这种令人担忧的状况，一个新加入的项目是刚刚启动的“太空清洁工演示周期结束服务（ELSA-d）”，这是日本一家卫星服务公司“太空清洁工（Astroscale）”开发的两颗卫星任务，它包括一颗旨在安全移除轨道碎片的“服务”卫星和一颗“客户”卫星。该项目旨在展示一种能捕捉稳定甚至是翻滚物体的磁性系统，无论是用于处置，还是在轨道上维护，在经过多阶段测试之后，服务卫星和客户卫星都将一起脱离轨道，在坠入地球大气层的过程中解体。

目前，ELSA-d卫星正在地球轨道上运行，该任务于3月22日通过俄罗斯“联盟号”火箭发射升空，并将许多其他人造卫星搭载进入太空。太空清洁工公司创始人兼首席执行官Nobu Okada表示，ELSA-d卫星将证明其清除太空碎片的能力，并推动监管方面的发展，推进报废和活跃碎片清除服务的商业应用，这次发射是朝着“造福子孙后代的太空安全和可持续发展”迈出的重要一步。

虽然ELSA-d卫星和其他技术是清理太空碎片的积极进展，但它们并不是“万灵药”，尽管一些太空垃圾清除项目取得了成功，但仅靠这些任务仍无法完全解决当前近地轨道的动态困境，而且太空垃圾的增长扩散势头基本上有增无减。

有通用万能的太空垃圾解决方案吗？

CelesTrak是一个跟踪近地轨道天体的专业分析机构，该机构的科学家表示：“从我们的角度来看，处理太空碎片的最好办法并不是如何清除它，该问题就像任何环境整治一样，预防污染比以后清理污染更重要，也容易得多，这可以避免日后投入资金解决，也就是说当完成一些太空任务后，不要将太空碎片残留在近地轨道上。”

对于太空垃圾的问题，根本没有“一刀切的解决方案”，移除巨大的火箭残骸与移除同等质量的更小物体是截然不同的任务，后者轨道运动范围较大。与此同时，像SpaceX等公司的创新方案正在大幅降低发射成本，为更多卫星进入近地轨道打开闸门。在近地轨道上，一些人造卫星不可避免地出现故障，无法回收，最终成为漂浮的太空碎片，并对正在运行的人造卫星构成威胁，除非它们被类似ELSA-d卫星的太空碎片解决方案清理，现在许多操作人员开始明白，继续躲避越来越多的太空碎片有多么困难和复杂。

太空垃圾包括各种漂浮物体，从纳米等级的残骸碎片，到整个航天器，例如：欧洲航天局的环境卫星，它有双层巴士大小，是所有太空垃圾清除名单上最常见的。还有一些具有固定重量的物体，例如：金属块、像纸一样薄的隔热层，它们会对航天器造成不同类型的损害，可能需要不同的方案进行清除，但是一个“通用万能”的方法是不可能做到的。

最大的太空垃圾风险是1～10厘米大小的碎片，它们的数量远远超过报废的宇宙飞船，而且发生碰撞的可能性也很大。虽然这种尺寸大小的太空碎片可能不会造成航天器灾难性破裂，但发生碰撞肯定会造成人造卫星等航天器损坏，并产生新的、更多的太空碎片颗粒。

科学家们现在将注意力转向了巨型卫星群，他们担心近地轨道环境对这些卫星的影响，因为这里已经很拥挤了，轨道动力学是不可预测的。随着越来越多的人造卫星发射升空，希望能看到这些人造卫星运营商发布他们长期的碰撞预测模型。

毫无疑问，主动清除轨道碎片在技术上具有挑战性。令人担忧、也是最大的问题是，任何能够清除现有太空碎片的成功技术，都可以作为反卫星武器，这是另一件棘手的事情，需要外交和谈判，最重要的是需要国际层面的信任。

近地轨道是一个生态系统，人类必须要保护环境！

事实上，近年来人类与近地轨道的航天器密切接触、进行维修以及破坏，已引起军事家的极大兴趣，这些快速发展的技术有潜力用于和平的太空活动或者太空战争。考虑到这些技术能力的双面性，人们事先不可能确切知道它们在某一天会被如何使用。

目前，太空碎片清除的商业案例并不能赚钱，与其说是一个真正的市场，还不如说是一个“幻灯片演示”。人们希望政府能帮助企业创建一个从事解决太空垃圾问题的市场，为了实现该目标，正在进行太空探索的国家必须一致认可，近地轨道是一种像陆地、大气层和海洋一样的生态系统，它不是无限的，所以我们需要保护环境。

太空可持续性发展指标类似于碳足迹，我们可以称其为“太空交通”足迹。我们需要一种方法来量化“太空轨道公路”在什么时候会出现交通饱和、无法使用的情况，然后进行资源合理分配，并讨论非自愿太空垃圾清理的问题，或许会对那些占用轨道空间的死亡资产的主权所有者处以罚款，这无疑会创造一个太空垃圾移除技术蓬勃发展的市场。

目前，我们还需要一个太空垃圾分类方案，有了这样的分类，将有助于分析需要哪些类型的技术来消除太空垃圾的不同衍生。从整体而言，这是一个简单的数字游戏：航天器发射数量远超出它们返回地球的数量，按此速率发展，这不是一个很好的能量平衡。

部分国家的政策制定者对太空垃圾解决问题的反应仍然迟缓，毕竟尽管像2009年铱卫星碰撞这样的事件产生了大量的太空碎片，它就目前而言此类现象仍然非常罕见。卫星碰撞事件就像泰坦尼克号上已有乘客感觉到即将撞击冰川，但甲板上仍有乐队在演奏。太空垃圾是一个人们能意识到风险却存有侥幸心理的问题，就危险的太空碎片而言，其发展态势在朝着对人类产生威胁的方向发展，因为我们没有改变人类的行为，未来太空垃圾带来的威胁将越来越大。