太空清潔工
——空間碎片清理技術(shù)

根據(jù)美國(guó)航空航天局統(tǒng)計(jì)，截至2016年10月4日，地球近地軌道范圍內(nèi)共有被監(jiān)測(cè)的人造天體17817個(gè)，而最近的三個(gè)月就增加了88個(gè)，碎片垃圾增長(zhǎng)的速度也越來(lái)越快，這導(dǎo)致地球看上去像被垃圾場(chǎng)包圍了一樣。如果你看過(guò)電影《地心引力》，就會(huì)知道那些四處亂飛的碎片有多危險(xiǎn)。

空間碎片絕大多數(shù)分布在距地面2千米處（這是人類使用最頻繁的低地球軌道），其運(yùn)行速度為每秒7.8千米。它們?nèi)绻c航天器發(fā)生超高速撞擊，其相對(duì)撞擊速度為每秒0千米到每秒15千米，平均撞擊速度為每秒10千米。要知道地面上炮彈的速度最快也不到每秒2千米，所以空間碎片對(duì)航天器的安全和航天員的生命構(gòu)成了巨大的威脅。

實(shí)際上，因?yàn)樘账槠呐鲎矊?dǎo)致航天器被破壞的例子不勝枚舉。1983年，“挑戰(zhàn)者號(hào)”航天飛機(jī)與一塊直徑為0.2毫米的涂料碎片相撞，導(dǎo)致舷窗被損，只得提前返航。1986年，“阿麗亞娜號(hào)”火箭進(jìn)入軌道后發(fā)生爆炸，產(chǎn)生564塊殘骸和2300多塊小碎片，這些密集的“彈丸”直接導(dǎo)致兩顆日本衛(wèi)星失靈，之后也造成其他方面不小的破壞。如果大型殘骸由于速度降低而進(jìn)入大氣層，一旦落到人口稠密區(qū)，后果將不堪設(shè)想。

很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，面對(duì)空間碎片對(duì)在軌航天器的威脅，各國(guó)更多的是采用被動(dòng)措施防護(hù)、規(guī)避或預(yù)防新空間碎片的產(chǎn)生。然而，隨著碎片的持續(xù)增加，越來(lái)越多的問(wèn)題暴露出來(lái)，開(kāi)展研究空間碎片清除技術(shù)漸漸被各國(guó)重視。

目前，已經(jīng)提出的空間碎片清除技術(shù)主要有推移離軌、增阻離軌、捕獲離軌、服務(wù)后重用以及自主離軌。推移離軌是一類重要的空間碎片清除方式，它利用激光、離子束、太陽(yáng)輻射等能量束對(duì)空間碎片產(chǎn)生特定的作用力，使其離開(kāi)原有的運(yùn)行軌道，從而達(dá)到清除目的。目前典型的推移離軌有激光推移、離子束推移和太陽(yáng)帆推移。

激光清除空間碎片的模式主要有直接燒蝕模式和燒蝕反噴模式。直接燒蝕模式主要針對(duì)微小空間碎片，利用強(qiáng)大的連續(xù)波激光照射碎片，使其溫度升高至碎片的熔點(diǎn)甚至沸點(diǎn)后熔化或氣化。燒蝕反噴模式主要針對(duì)較大的空間碎片，它利用高能脈沖激光束照射碎片表面，產(chǎn)生類似于火箭推進(jìn)的“熱物質(zhì)射流”，使碎片產(chǎn)生一定的速度增量，進(jìn)入大氣層燒蝕，從而達(dá)到清除的目的。

其他推移離軌清除技術(shù)與此原理類似，只不過(guò)發(fā)射的粒子不同。例如太陽(yáng)帆推離離軌是利用太陽(yáng)光壓推移碎片或殘骸進(jìn)入“墳?zāi)管壍馈薄?/p>

隨著推移離軌技術(shù)的不斷發(fā)展，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)增阻離軌清除技術(shù)也是一種不錯(cuò)的選擇。它利用碎片的飛行阻力降低碎片的速度，進(jìn)而縮短碎片的軌道壽命，使其在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)離軌、進(jìn)入大氣層。日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)就計(jì)劃以此方案開(kāi)展清除實(shí)驗(yàn)，其想法是利用磁場(chǎng)中電流生力的原理，通過(guò)一根長(zhǎng)700米的電線為碎片通電，對(duì)碎片產(chǎn)生作用力，使其速度降低后自動(dòng)進(jìn)入大氣層銷毀。

然而，利用大氣層銷毀碎片存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。在清除系統(tǒng)方案的選擇上，當(dāng)前各國(guó)一致傾向于“捕獲+離軌”式清除方案，其工作過(guò)程是：碎片清除器首先依靠跟蹤定位系統(tǒng)逼近目標(biāo)碎片并進(jìn)行捕獲，依靠軌道轉(zhuǎn)移系統(tǒng)將目標(biāo)拖入大氣層燒毀，或降低其軌道，待其日后自行衰減。

歐洲科學(xué)家設(shè)想利用飛網(wǎng)或飛爪捕獲空間碎片，再對(duì)其進(jìn)行離軌操作

雖然各種各樣的空間碎片清除技術(shù)不斷出現(xiàn)，然而，目前各國(guó)對(duì)空間碎片環(huán)境“先污染后治理”還是“可持續(xù)發(fā)展”的態(tài)度并沒(méi)有達(dá)成一致。越來(lái)越多的太空垃圾或許能提醒人們，在利用宇宙資源的同時(shí)，應(yīng)該也要確保地球處在相對(duì)潔凈、安全的環(huán)境下。（據(jù)中國(guó)科普博覽）