不久前,，一大塊俄羅斯太空垃圾靠近國際空間站,，導(dǎo)致國際空間站不得不進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避,，這也導(dǎo)致了宇航員原本預(yù)定的太空行走計(jì)劃被迫中斷,。而這種事件并非個(gè)例。2022年12月15日,，俄羅斯“聯(lián)盟MS-22”號(hào)飛船發(fā)生泄漏事件,，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該飛船存在一個(gè)0.8毫米的洞，可能是由微隕石或小塊太空垃圾造成的,。

近地軌道空間雖然廣闊,，但除了衛(wèi)星以及飛行器外,，其實(shí)早已遍布大大小小的太空垃圾,，擁擠不堪。隨著人類航天發(fā)射活動(dòng)密集進(jìn)行,，有可能會(huì)對(duì)航天任務(wù)造成損害的太空垃圾治理問題再次引發(fā)廣泛關(guān)注,。

微小的太空垃圾碎片數(shù)量可能上億

如果能夠給地球拍個(gè)全景圖片，并將地球空間軌道上目前能夠被監(jiān)測(cè)到的空間碎片以及失效衛(wèi)星等太空垃圾全部標(biāo)記出來,，我們將會(huì)看到一幅非常震撼的畫面：地球已經(jīng)被密密麻麻的太空垃圾包裹,。

在這些太空垃圾中，既有小到需要以毫米計(jì)算的碎片，如航天器外部因強(qiáng)烈的紫外線照射而脫落的油漆碎片等,；也有長數(shù)米,、重?cái)?shù)噸的大型物體，如失效衛(wèi)星,、太陽能電池板等,。

在太空垃圾的數(shù)量分布上，存在著體積越小,、數(shù)量越多的規(guī)律,。由于不同機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)方法并不一致，國際航天界對(duì)于空間軌道中存在的太空垃圾總量尚無準(zhǔn)確定論,。但大致可以確定,，目前空間軌道中直徑在10厘米以上的太空垃圾不少于2萬個(gè)，直徑在1厘米以上,、10厘米以下的太空垃圾則有數(shù)十萬個(gè),，直徑小于1厘米的則可能達(dá)到上億個(gè)。

數(shù)量如此龐大的太空垃圾是有人故意亂扔的嗎,？答案當(dāng)然是否定的,。雖然國際空間站曾多次丟棄過氨罐、相機(jī)腳架等,，甚至還于2021年扔出過一塊重約2.5噸的舊太陽能電池板,，但這些物體在短暫繞地球旋轉(zhuǎn)后便會(huì)落入地球大氣，并在大氣中燃燒殆盡,，因此并不會(huì)成為長期在軌的太空垃圾,。

國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光告訴科技日?qǐng)?bào)記者，事實(shí)上,，除了少數(shù)因達(dá)到使用壽命或因?yàn)楣收隙У男l(wèi)星等航天器外,，大多數(shù)太空垃圾，尤其是數(shù)量巨大但體積微小的碎片垃圾,，主要是由失效航天器解體或太空垃圾之間碰撞造成的,。“失效航天器、大碎片解體或碰撞后會(huì)形成大量小碎片,，小碎片之間還可能會(huì)繼續(xù)發(fā)生碰撞,，產(chǎn)生數(shù)量更多、體積更小的碎片,?！睏钣罟庹f，于是在一次次解體或碰撞中,，大量太空垃圾被制造出來,。

除了體積和數(shù)量之間存在相關(guān)關(guān)系,，太空垃圾在軌道分布上也有一定規(guī)律。楊宇光表示,，軌道高度在500—1000公里的區(qū)域是太空垃圾的“重災(zāi)區(qū)”,，“首先這個(gè)范圍內(nèi)過去存在著大量衛(wèi)星，互相之間發(fā)生碰撞的可能性較大,。其次是這一范圍內(nèi)大氣十分稀薄,，物體繞地球旋轉(zhuǎn)的速度下降緩慢，因此在短時(shí)間內(nèi)很難脫離原軌道,，墜入大氣,。”而在軌道高度300—400公里區(qū)域,，雖然也曾發(fā)射有大量衛(wèi)星,，但該區(qū)域內(nèi)大氣密度較高，太空垃圾會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)受大氣阻力影響降低高度,，最后落入大氣中燒毀,。

將太空垃圾登記在冊(cè)進(jìn)行追蹤管理

雖然太空垃圾已經(jīng)將地球團(tuán)團(tuán)圍住，但楊宇光告訴記者,，目前國際上已經(jīng)能夠?qū)Υ蠖鄶?shù)具有較大威脅的太空垃圾進(jìn)行追蹤編目,，監(jiān)測(cè)其運(yùn)行軌跡，從而在航天活動(dòng)中對(duì)其進(jìn)行合理規(guī)避,。

楊宇光介紹道,，目前追蹤監(jiān)測(cè)太空垃圾的手段主要有兩種，分別為雷達(dá)觀測(cè)和光電觀測(cè),。雷達(dá)觀測(cè)的原理是地面向天上發(fā)射無線電波,，空間軌道中無論是正常工作的衛(wèi)星還是太空垃圾，都會(huì)將無線電波反射回地面,。地面雷達(dá)站接收到空間物體反射回的無線電波后,，對(duì)其進(jìn)行分析處理，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)太空垃圾的發(fā)現(xiàn),、編目,，以及對(duì)其位置、速度等運(yùn)行信息的監(jiān)測(cè),。

區(qū)別于傳統(tǒng)的有源雷達(dá),，不久前，澳大利亞媒體報(bào)道了一種監(jiān)測(cè)太空垃圾的新方法,，利用的卻是無源雷達(dá),。無源雷達(dá)自身不需要發(fā)射機(jī)來發(fā)射電磁波，主要依靠接收他源反射的微波能量來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè),，通常擁有更高的靈敏度,。由于地球上每時(shí)每刻都在向太空中發(fā)射大量無線電波，其中一部分便會(huì)被太空垃圾反射回地面,，進(jìn)而被無源雷達(dá)接收到,，實(shí)現(xiàn)對(duì)太空垃圾的監(jiān)測(cè)。楊宇光表示,，該方法理論上或許可行,，但實(shí)際應(yīng)用效果如何仍需進(jìn)一步了解觀察。

除了雷達(dá)觀測(cè),，常見的監(jiān)測(cè)太空垃圾的方法還有光電觀測(cè),。該手段主要利用光電望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)空間軌道中的物體，主要設(shè)備有大視場(chǎng)空間碎片光電望遠(yuǎn)鏡等,，但通常其只能在物體反射太陽光的情況下才可實(shí)現(xiàn)觀測(cè),。楊宇光表示，不管是哪種觀測(cè)方法,，目前都存在一定的局限性,，尤其是對(duì)于微小太空垃圾的監(jiān)測(cè)仍有較大瓶頸。他進(jìn)一步介紹道：“目前人類已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)位于較低軌道的,、直徑在1厘米以上,，位于較高軌道的、直徑在10厘米以上的空間物體進(jìn)行追蹤,。但目前都是物體越大越容易監(jiān)測(cè),，而太空垃圾則是體積越小的反而數(shù)量越多?！?/span>

成本問題制約太空垃圾治理

看得見,，但不一定“摸”得著。雖然人類已經(jīng)可以對(duì)部分太空垃圾進(jìn)行有效的編目管理,，但對(duì)于如何批量處理這些太空垃圾,，目前仍然缺乏直接高效的辦法。楊宇光表示,，直接捕獲太空垃圾進(jìn)行收集處理,，當(dāng)然是人們能夠想到的最簡單且直接的辦法，但卻也是成本最高的辦法之一,?！疤绽继幵诓煌壍郎希绻拷鼈兙托枰粩嘧冘?，變軌就需要消耗推進(jìn)劑,，成本太高。因此這種辦法無法用于批量處理太空垃圾,?！?/span>

楊宇光給出了他認(rèn)為未來處理太空垃圾可能行之有效的辦法,，首先要區(qū)分太空垃圾所處的軌道高低和體積大小，有針對(duì)性地采取不同手段,。由于空間物體繞地球運(yùn)行的軌道高度與其環(huán)繞速度有關(guān),，當(dāng)其速度降低后，其所能維持的軌道高度便會(huì)降低,，因此軌道高度特別低的太空垃圾無須進(jìn)行過多干預(yù),，其受到外層大氣阻力后會(huì)逐漸降低速度，最后自主墜入大氣,，燃燒殆盡,。

而對(duì)處于低軌道上部且體積較小的太空垃圾來說，楊宇光認(rèn)為可以將攜帶半導(dǎo)體激光器的衛(wèi)星發(fā)射到太空中,，對(duì)體積較小的太空垃圾進(jìn)行照射,，高能量激光會(huì)將垃圾部分氣化，蒸氣的反作用力會(huì)減小其運(yùn)行速度,，從而縮短墜落時(shí)間,。“假如這顆衛(wèi)星可以繞地球旋轉(zhuǎn)相當(dāng)長的時(shí)間，那么只要它與太空垃圾擦肩而過,，就可以對(duì)其進(jìn)行照射,。雖然一次照射的作用可能微乎其微，但若能反復(fù)多次照射,，將會(huì)產(chǎn)生顯著作用,。”楊宇光補(bǔ)充道,，并且半導(dǎo)體激光不依賴化學(xué)燃料,，只需要靠衛(wèi)星的太陽能電池板提供電力便可長久發(fā)揮作用。而對(duì)于體積較大的太空垃圾,，由于其本身數(shù)量較少,，因此派出航天器對(duì)其進(jìn)行捕捉清除或許是可行的方案之一。

但捕獲之后如何處理,？楊宇光認(rèn)為,，將其直接“扔”回大氣層內(nèi)并不可取，“那同樣需要消耗大量能量,，也是不劃算的,。”他指出,，可以在捕獲后給其加裝離軌帆,，幫助其快速脫離軌道，墜入大氣層。離軌帆是一種配置在衛(wèi)星等航天器上,，可在太空中實(shí)現(xiàn)自主展開的薄膜結(jié)構(gòu),。其質(zhì)量非常輕，但薄膜帆面展開后像一個(gè)“大風(fēng)箏”,，可以大大增加航天器的氣動(dòng)阻力,，從而使其慢慢減速,，逐漸脫離原軌道,。楊宇光表示，雖然目前有多種清理太空垃圾的手段方法被提出,，但都面臨成本較高的問題,，這一方面需要世界各國繼續(xù)在技術(shù)上進(jìn)行探索，另一方面各國也應(yīng)攜手建立更加合理有效的外層空間管理機(jī)制,，合力應(yīng)對(duì)太空垃圾問題,。