○趙 雯

為建設美麗中國,為給人民創(chuàng)造良好的生產生活環(huán)境,為對全球生態(tài)安全做出貢獻,我國政府近年樹立并不斷踐行“金山銀山不如綠水青山，綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念。同樣，隨著人類向太空探索的不斷加速、加深，越來越多的太空垃圾不斷被產生，使得太空環(huán)境不斷惡化。于是，實踐二十一號衛(wèi)星應運而生，成為我國在太空踐行環(huán)保綠色發(fā)展理念的“排頭兵”。2022 年1 月22 日，實踐二十一號衛(wèi)星成功捕獲了失效的北斗二號G2 衛(wèi)星，并于1 月26 日成功將其拖離原軌道，從而圓滿完成了清除太空垃圾的任務，展示了其作為太空環(huán)保衛(wèi)士的能力。

太空垃圾是指在宇宙空間里除正在工作著的航天器以外的人造物體。主要包括：運載火箭和航天器在發(fā)射過程中產生的碎片，航天器表面材料的脫落物及表面涂層老化掉下來的油漆斑塊，航天器逸漏出的固體、液體材料，火箭和航天器等爆炸、碰撞過程中產生的碎片，報廢的衛(wèi)星等。

據相關機構數據顯示，截至2021 年4月底，共有7 389 顆人造衛(wèi)星在環(huán)地球軌道運行，其中只有3 372 顆衛(wèi)星處于工作狀態(tài)。這意味著太空中至少有54%的衛(wèi)星是失去功能的太空垃圾。美國于1958 年發(fā)射的尖兵1 號人造衛(wèi)星是現存歷史最長的太空垃圾。這些失效衛(wèi)星極可能成為太空中不定時的炸彈！

美國航天局約翰遜航天中心資料顯示，目前地球周圍有近12.5 億顆太空碎片。這些碎片的大小自1 毫米至數十厘米不等。這些在近地軌道上的碎片以每秒超過7.5 千米，也就是22 倍音速的速度飛行！因此這些看似微小的碎片蘊含著巨大的動能和不可估量的破壞力！我們通過以下對比就可清楚了解太空小碎片的巨大破壞力：AK——47 步槍射出的子彈在槍口的初速度（也就是子彈出膛速度）為710 米/秒，彈頭重量8 克，由于物體的動能與速度的平方成正比，因此子彈初動能達2 010 焦耳，這足以在100米距離內穿透1厘米厚的普通鋼板。同樣是8克重的太空金屬碎片，它以7.5千米/秒的速度飛行，其動能將達到22.5萬焦耳！它能很輕松地將任何一顆衛(wèi)星打個對穿。

1987 年，“量子”艙無法同“和平”號空間站對接，經驗豐富的地面控制中心認為，艙外肯定有物質干擾對接，于是派一個考察組上去檢查，結果發(fā)現那里有一個金屬殘片導致連接器擰不緊。1991 年9 月15日，美國發(fā)射的“發(fā)現者”號航天飛機差點兒與一火箭殘骸相撞。當時它與這個“不速之客”僅僅相距2.74 千米，幸虧地球上的指揮系統及時發(fā)來警告信號，它才幸免于難。俄羅斯航天局稱，整個2020 年，系統記錄下的國際空間站就有220 次差點與太空垃圾相撞。

太空垃圾不僅給航天事業(yè)帶來巨大隱患，影響正常運行的衛(wèi)星的安全，對進入太空的航天員造成威脅，還污染了宇宙空間，給人類帶來災難，尤其是核動力發(fā)動機脫落，會造成放射性污染。美國等在空間的核反應堆中有1 噸的鈾-235 及其他核分離物。還有，隨著空間碎片數量的快速增加，人類將很難找到沒有太空碎片的軌道。

為了應對太空垃圾，各航天強國大都有一套自己的太空垃圾跟蹤系統。使用光學望遠鏡和高度敏感的雷達掃描太空，算出發(fā)現太空垃圾的軌道然后錄入數據庫，并實時更新數據。這樣航天飛行控制中心就有一張“太空垃圾網”，科學家將航天器的軌道參數與之比對，如果發(fā)現未來可能會有重疊，就需要提前調整航天器的軌道，避免碰撞。“天網恢恢”卻不是“疏而不漏”，到目前為止，人類只能準確跟蹤約100 萬個大于10 厘米的太空垃圾，而小于10 厘米的太空垃圾則很難被發(fā)現，且其數量估計超過1.28 億！

太空垃圾對人類的正常航天活動產生了嚴重威脅，關系到全人類共同的安全和空間的可持續(xù)發(fā)展。因而，維護空間環(huán)境的正常有序和空間資產的安全，維持空間的可持續(xù)性發(fā)展正是全人類共同的責任和義務。當前，國際上就此問題已達成了廣泛一致的共識，即航天活動需要進行有效管控，以使太空垃圾的產生及其威脅最小化。

空間碎片減緩就是要求限制和清除空間碎片，它貫穿于航天器設計、發(fā)射、運行的全過程?？臻g碎片減緩技術已經成為國內外研究熱點?？刂啤p緩空間碎片產生的措施主要是預防和治理兩種。在積極預防產生空間碎片的基礎上,還有必要采用先進的清除技術對已經漂浮在軌道的空間碎片進行治理。

對太空垃圾清理技術的一般要求是，成本要低，最好能一次處理盡量多的垃圾且不能產生更多的太空垃圾，廢棄的大型航天器在墜入大氣層時必須可控等。目前，主流的清理技術包括電動系繩系統移除技術、交會捕捉移除技術、噴射移除技術、激光主動移除技術、充氣阻尼移除技術、太空拖網等。具體來說，以電動力繩索、磁帆等用磁力吸附的方式收集空間碎片，達到一定量以后將其推入大氣層燒毀；以飛網、飛爪、機械臂捕捉太空垃圾的方式，將太空垃圾集中收集，最終將其推入大氣層燒毀；給體積較大的太空垃圾安裝太陽帆、增阻裝置，利用太空中仍然存在的極其稀薄的空氣給太空垃圾減速，或者以太陽帆產生的微動力給太空垃圾減速，加速其軌道下降，從而使其墜入大氣層燒毀；采用高能激光產生微小動力清除微小碎片；改變材料屬性或材料狀態(tài)，通過高能微波加熱使其汽化或者釋放氧化劑，點火后將其燒毀等。對于大體積、大質量的太空垃圾，一般采用捕捉方法清除，即采用飛網、飛爪或機械臂等方式將其收集在一起，最終將其拖入地球大氣層燒毀。

作為一個負責任的航天大國，作為《外層空間條約》的簽署國，我國承諾控制和減少空間碎片，并積極開展空間碎片減緩技術的研究，不停嘗試突破空間碎片清理技術。2016 年6 月25 日，我國就曾隨長征七號成功發(fā)射一臺空間碎片主動清理飛行器——遨龍一號。它裝載的機械臂可以捕獲廢棄衛(wèi)星或空間碎片，并將其帶至大氣層進行焚毀。2021 年10 月24 日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭，成功將主要用于驗證空間碎片減緩技術的實踐二十一號衛(wèi)星發(fā)射升空。2022 年1 月26 日，實踐二十一號衛(wèi)星將我國一顆失效的北斗導航衛(wèi)星從擁擠的地球同步軌道上拖拽到了更高的軌道上。此舉標志著航天器被動移位和太空垃圾處理新方式的成功執(zhí)行。

實踐二十一號衛(wèi)星是一顆高軌衛(wèi)星，攜帶數十臺發(fā)動機（負責調姿和推進），擁有傳統燃料推進和電推進兩種技術，其中電推進技術非常節(jié)省燃料。它能夠精確定位和自由變軌，具備非合作目標交會能力，能自由變軌到極近距離接觸想要捕捉的目標。這個軌道會與目標有短暫的接近重合，所以可以與目標非?？拷?。它自帶一套空間碎片清理設備，可以捕捉既定目標，然后啟動發(fā)動機向目標軌道移動。實踐二十一號衛(wèi)星能從2 萬千米的太空軌道上升到3.6 萬千米以上的太空軌道，提升高度達1.6 萬千米。相對提升來說，降落則更加容易，只需減速就能降落，而且更節(jié)省燃料。

我國為什么要讓實踐二十一號衛(wèi)星將北斗二號G2 從原有的軌道拖拽到距地球3.6 萬千米高的太空軌道呢？除了技術方面的驗證意義之外，可能是要讓出其所在的地球同步軌道。因為這一軌道資源非常寶貴，很多通信衛(wèi)星、導彈預警衛(wèi)星等航天器都在這一軌道運行。隨著衛(wèi)星的增多，加上衛(wèi)星之間必須有一定間隔，導致這條軌道越來越擁擠。為了提高軌道利用率，很多接近失效的衛(wèi)星會通過自身動力進入“墳墓”軌道而讓出位置?！皦災埂避壍涝谡５牡厍蛲杰壍来蠹s300 千米之外，用于放置失效的衛(wèi)星，以降低其和正常衛(wèi)星碰撞的風險。

對于中國航天事業(yè)發(fā)展，我們始終本著為全人類謀福祉的精神，致力于和平利用外空，以開放姿態(tài)，按照和平利用、平等利用、共同發(fā)展原則，廣泛開展國際合作與交流。我們希望與各國一道努力，推動航天事業(yè)不斷取得新成果，促進人類和平發(fā)展，不斷攀上新高峰。