世界最大垃圾場就在我們頭頂？

江海 王東方

你們知道嗎？在我們的頭頂，有一個巨大的“垃圾場”，每天繞著地球飛行。不過，這個垃圾場跟我們平時說的非常不同，看看都有哪些垃圾吧：失效航天器、火箭殘骸、操作性碎片、解體碎片（指由前三類物體在軌運行過程中爆炸或碰撞產(chǎn)生的碎片）。

這些垃圾學(xué)名叫“空間碎片”，是人類航天活動的產(chǎn)物。它是指地球軌道上或再入大氣層的一切已失效人造物體，包括其碎塊或部件。

這些垃圾都在哪里聚集呢？

越是衛(wèi)星密集的軌道，空間碎片數(shù)量越多。高度2000千米以下的低地球軌道和36000千米附近的地球同步軌道是空間碎片最為密集的區(qū)域。而在這些太空垃圾中，解體碎片占比多達(dá)60%，是“主力軍”。

目前已經(jīng)知道的大于10厘米的空間碎片，大約有2.3萬個;1厘米到10厘米之間的碎片據(jù)估計有90萬個;毫米級的碎片大概有1億多。數(shù)量如此驚人，對人類真是個巨大的挑戰(zhàn)啊！

有的空間碎片雖然個頭很小，可它們的殺傷力非常強！在太空中，空間碎片運行速度接近第一宇宙速度（7.9千米/秒），是狙擊槍子彈最大出膛速度的幾倍。一旦空間碎片與航天器發(fā)生碰撞，輕則導(dǎo)致航天器表面磨損、功能失效，重則導(dǎo)致航天器的在軌解體，甚至對航天員的人身安全構(gòu)成威脅。

天上不僅有很多衛(wèi)星在飛行，還有國際空間站和我國的空間站每時每刻在繞著地球飛行，它們要是撞到太空垃圾可就糟了。

如何避開這些可怕的家伙呢？那就要開展碰撞預(yù)警，避免航天器遭受大碎片碰撞。碰撞預(yù)警包含發(fā)射預(yù)警和在軌預(yù)警兩個階段。發(fā)射預(yù)警是預(yù)測航天器發(fā)射之后，短期內(nèi)有沒有碰撞危險，如果有的話，就要通過改變發(fā)射時間來躲避碰撞。在軌預(yù)警是指預(yù)測航天器在未來一段時間內(nèi)是否與空間碎片存在危險交會，一般通過控制航天器進(jìn)行軌道機動來躲避交會碎片。

由于太空垃圾場形勢非常嚴(yán)峻，現(xiàn)在，主要航天國家和國際組織都會對所屬重點航天器執(zhí)行碰撞預(yù)警和機動規(guī)避。截至2020年，國際空間站已執(zhí)行規(guī)避危險碎片操作28次，其中，僅2020年就有3次。歐洲空間局（ESA）平均每顆低軌衛(wèi)星每年需執(zhí)行兩次避碰操作。

我國從“神舟五號”飛船開始，發(fā)射預(yù)警和在軌預(yù)警已經(jīng)成為常態(tài)化的事情。隨著空間碎片環(huán)境的不斷惡化，航天器碰撞預(yù)警需求將急劇增加。

目前，空間碎片主動清除的方式主要可以分為兩類：一類是接觸式的，如機械臂抓、網(wǎng)捕等;另一類是非接觸式的，如激光推移、離子束推移等。

1993年，NASA提出利用地基脈沖激光器清除近地軌道垃圾的“獵戶座”計劃，擬采用地基激光清除空間碎片，以減緩空間碎片對載人航天的威脅。

2013年，英國薩里太空中心聯(lián)合歐洲多家研究機構(gòu)，在歐盟第七框架計劃資助下，啟動“空間碎片移除”計劃。2018年6月，試驗衛(wèi)星“RemoveDEBRIS”脫離空間站開始入軌運行。2019年2月，試驗衛(wèi)星的“魚叉”成功撞擊并擊穿目標(biāo)面板，驗證了其抓捕空間碎片的能力。

近年來，我國在空間碎片主動清除方面也取得了長足發(fā)展。2016年6月，我國發(fā)射自主研制的“遨龍一號”空間碎片主動清除飛行器，開展了空間碎片探測、識別、跟蹤與操作等在軌演示驗證試驗，為后續(xù)開展空間碎片主動清除創(chuàng)造了基本條件。