清理太空垃圾各国有啥高招

人类自1957年10月4日第一次发射人造卫星——斯普特尼克1号进入太空以来，第一个太空垃圾便已诞生。

太空垃圾包括因寿命已尽而报废、因事故和故障而失控的人造卫星、发射各类航天器时使用过的火箭本身及其一部分零件，多级火箭分离时产生的碎片、大块碎片相互碰撞后产生的小碎片，甚至还有宇航员在太空作业时遗失的手套和工具等物品。

据不完全统计，从1957年到2005年，世界各国发射成功了约6000个航天器，其中俄罗斯3121个，美国1802个，其中通信卫星1671颗，遥感卫星2107颗，导航卫星384颗，科学卫星和试验卫星1049颗，空间探测器140个。

一些太空作业过程也会意外地遗留下太空垃圾。在爱德华·塔夫特所著的《构想信息》书中提到现存的太空垃圾当中，包括太空人爱德华·怀特在进行舱外活动时遗失的一只手套，迈克尔·科林斯在双子星座10号执行任务期间遗失的摄影机及和平号空间站运作15年间弃掉的垃圾袋、一个扳手和一个牙刷，参与STS-116（第120次航天飞机计划）的苏尼特·威廉斯在一次舱外活动期间也丢失了一个摄影机，STS120的工作人员在维修国际空间站上一块太阳能电池板时遗失一对钳子。

太空垃圾的另一主要来源是冷战时期反卫星武器的研发，美国与苏联在上世纪60至70年代所进行的一系列反卫星武器试验制造了大量太空垃圾。

太空垃圾一般在高300-450公里的近地轨道上以每秒7-8公里高速运动，而在36000公里高度的地球静止轨道上则以每秒3公里的速度运动。根据轨道倾角碰撞时的相对速度甚至可以达到每秒10公里以上，具有巨大的破坏力。

因此，太空垃圾若与运作中的人造卫星、载人飞船或国际空间站相撞，会危及到设备甚至宇航员的生命。

据计算，一块直径为10厘米的太空垃圾就可以将航天器完全摧毁，数毫米大小的太空垃圾就有可能使它们无法继续工作，而太空垃圾也因此成为了国际问题。

目前比较具体的太空垃圾清理方案设想有五个，包括“弹弓-卫星太空清扫器”“立方太阳帆”、大气层爆炸、“激光扫帚”、太空清理卫星。

美国德州农工大学提出“弹弓-卫星太空清扫器”的设计方案。该方案能够捕获太空垃圾，再将太空垃圾投向地球大气层燃烧，之后使用动量航行至下一个太空残骸目标进行清除。

英国提议建造“立方太阳帆”，使用小型人造卫星带动太阳帆捕获太空残骸至低轨道。最初计划于2011年实施，但目前该计划仍在筹划之中，期待生产商萨里太空中心制造更多小型人造卫星来实现。

美国弗吉尼亚州雷神BBN科技公司的丹尼尔-格雷戈里提出一种策略——在大气层制造“爆炸”，使人造卫星残骸进入低轨道燃烧。他们在高海拔平原释放气球爆炸，2012年初进行的研究测试表明，该方法足以扰乱低地球轨道太空残骸的运行路径。

美国航空航天局希望研制“激光扫帚”，它主要针对直径1—10厘米的太空垃圾。“激光扫帚”锁定某个太空垃圾目标后，将发出一束激光，照射在太空垃圾背离地球的一端，使之部分升华为气体。就像喷气式飞机的原理一样，利用气体的反作用力推动太空垃圾朝地球的方向运动，最终使其进入大气层，与大气层产生强烈摩擦而燃烧自毁。

瑞士航天中心正在研发一种超快仿生手臂，将其安装在“清洁空间一号”卫星上，捕捉并回收太空垃圾。瑞士航天中心希望这个机械手臂能在0.05秒内抓住各种不规则形状的抛掷物。

我国新一代运载火箭长征七号，2016年6月25日首飞搭载的远征1A上面级，为中国未来空间碎片清理等轨道服务奠定了工程应用基础，对于中国空间运输与应用系统的发展具有里程碑意义。首飞火箭搭载载荷“遨龙一号空间碎片主动清理飞行器”也在探索太空垃圾清除相关技术。

（作者单位：中科院地质地球研究所）