歐洲航天局將用「瑞士軍刀」為LEO刮骨療傷

2020-08-28 小男孩與芭比

近日，歐洲航天局（ESA）宣布將啟動一項名為「清潔太空一號」（ClearSpace-1）的太空任務。

數以億計的太空碎片

據悉，在據地表2000公裡以內的近地軌道（LEO）上，有3000多顆報廢衛星和難以計數的小碎片，正以每小時數萬英裡的速度狂奔。不僅如此，它們還會互相碰撞並分裂成更多的碎片。這些數量驚人、高速飛行的太空垃圾，正日益威脅著在軌太空飛行器的安全，清除它們已經迫在眉睫。

實際上，在過去50年裡，人類一直在用垃圾填充LEO！僅1963年，美國就將4.8億個微小的天線送入了LEO，它們至今還在那裡漂浮。有人說，地球最大的垃圾場就在太空，此言非虛，LEO現已受傷！

太空垃圾撞擊太空飛行器留下的傷痕（ESA）

在本次任務中，一個四臂機器人將進入近地軌道，抓住已報廢的、重約100公斤的Vespa裝置，然後將其拉入大氣層，在那裡，它們將雙雙燒毀。對於現有垃圾的數量而言，這種做法如同杯水車薪，但ESA希望藉此為清理近地軌道找到突破口。

瑞士軍刀 - 「清潔太空一號」機器人

據媒體報導，「清潔太空一號」機器人將於2025年升空，任務耗資約1.33億美元，實施效果和成本效益還有待觀察。與ESA合作的瑞士清潔太空公司CEO呂克·皮格特說，在不遠的將來，人類所需衛星的數量將增加一個數量級，地球周邊將出現一個「星座」，因此必須儘快移除那些軌道上的垃圾，為「衛星新生兒」騰出空間。

事實上，清除太空垃圾的想法由來已久。大約在10年前，許多國家和機構就著手研究如何清除太空垃圾了，我們一起回顧一下：

1 歐洲航天局

2014年初提出「DeOrbit」計劃，將在近地軌道上尋找和捕捉衛星碎片。這項計劃考慮了多種捕捉方法，如網、魚叉、機械臂和觸手等。截至2019年初，ESA共收到了十幾家公司提交的方案。

2 瑞士

瑞士清潔空間公司提出了與公司同名的方案，並曾打算在2018年從一架A300客機上發射機器人，目標是將一顆退役的瑞士立方體納米衛星移出軌道。

改造後的A300發射平臺

2019年12月初，該公司贏得了ESA的合同，移除目標被定為ESA的Vespa裝置，一個被阿利亞娜空間公司發射的Vega火箭丟棄在近地軌道上的有效載荷適配器。

3 日本

2014年法新社報導，日本航空航天探索局（JAXA）正在研究使用電動鋼索來減慢衛星或太空垃圾的速度，使它們逐漸墜落並在大氣層中燒毀。

日本JAXA的電動鋼索

2016年12月，一艘飛往國際空間站的補給船將一條700米長的日式鋼索拋進了太空，但之後因無法確認其展開狀態而終止了行動。此後，太空中又多了一個垃圾。

2019年4月起，JAXA宣布了新的太空垃圾清理計劃，並計劃最早於2025年發射清理衛星。

4 美國

為了節省「太空清道夫」的燃料，德州農工大學（TAMU）設計的「sling-sat」彈射方案會將捕捉到的「獵物」彈進大氣層中，同時「借力」移動到下一塊太空碎片上。該方法聽起來很玄也很妙，因為能耗很低，它頗受關注。

德州農工大學的「太空彈弓」

研究團隊於2013年初發布了論文，其中提到一種優化選擇多個碎片互作用順序、射速、事件間隔的組合的算法，據稱，該算法已通過了仿真實驗。

5 英國

薩裡大學研製的太陽帆衛星

在英國的「立方帆」（CubeSail）方案中，一顆自殺式立方帆衛星將嘗試捕獲太空碎片，之後會打開自己的太陽帆，帆的阻力將使碎片降速並落入更低的軌道上。最後，二者將攜手毀於大氣層中。據研究立方帆衛星的薩裡大學稱，該計劃的研究階段已經結束，並完成了廣泛的驗證和測試，但其官網目前尚未顯示「利用（太陽帆）阻力去軌道」的測試結論。

薩裡大學「利用阻力去軌道」項目進展

據悉，2018年9月，薩裡大學團隊還成功進行了在宇宙空間通過網來回收模擬垃圾的試驗。

6 美國

美國雷神公司的「空氣爆」構想圖

維吉尼亞雷神BBN技術公司的丹尼爾·格雷戈裡提出了一項大膽的設計方案，使用氣球在高海拔平原來釋放「空氣爆」。2012年的測試表明，這種空氣爆發的力量能夠幹擾近地軌道碎片的路徑，但後來因為其準確性差及成本高而停止了開發。

7 歐洲航天局

EDDE衛星網太空飛行器

每個在軌飛行的電動碎片清除器（EDDE）都能釋放一個由導電膠帶連成的納米衛星網，它會利用通過地球磁場時產生的電壓來飛行。由於地球磁場的強度分布，該方法僅能用於地球低軌道區域。早在2011年，恆星技術與研究公司就宣稱，該方法可以進行大規模清理，能在十幾年內清除低地球軌道上的所有大塊碎片，但問題是他們缺錢！

8 中國

隨著中國在太空領域的崛起，太空垃圾的負面影響也越來越受重視。早在2016年，中國就開展了相關實驗。近來，清華大學提出的一種清理方案是：太空機器人用雷射將捕捉到的垃圾碎片切割成粉末，再經燃燒後為機器人提供動力。這種以垃圾為動力的循環方法解決了「太空清道夫」的能源困擾，但燃燒金屬粉末是否有其它不利影響還有待驗證。

燒毀太空垃圾的遐想

在以上林林總總、腦洞大開的方案中，ESA今天終於實錘了「瑞士軍刀」！儘管舉步維艱，但近地軌道的安全事關重大，如果進展順利，人類將會在未來十年內收穫一套完整的太空垃圾處理方法，我們將更加安全地接近傳說中的「地球星座」！

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