近地軌道空間雖然廣闊，但除了衛星以及飛行器外，其實早已遍布大大小小的太空垃圾，擁擠不堪。隨著人類航天發射活動密集進行，有可能會對航天任務造成損害的太空垃圾治理問題再次引發廣泛關注。

微小的太空垃圾碎片數量可能上億

如果能夠給地球拍個全景圖片，并將地球空間軌道上目前能夠被監測到的空間碎片以及失效衛星等太空垃圾全部標記出來，我們將會看到一幅非常震撼的畫面：地球已經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算的碎片，如航天器外部因強烈的紫外線照射而脫落的油漆碎片等；也有長數米、重數噸的大型物體，如失效衛星、太陽能電池板等。

在太空垃圾的數量分布上，存在著體積越小、數量越多的規律。由于不同機構的統計方法并不一致，國際航天界對于空間軌道中存在的太空垃圾總量尚無準確定論。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，直徑在1厘米以上、10厘米以下的太空垃圾則有數十萬個，直徑小于1厘米的則可能達到上億個。

數量如此龐大的太空垃圾是有人故意亂扔的嗎？答案當然是否定的。雖然國際空間站曾多次丟棄過氨罐、相機腳架等，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后便會落入地球大氣，并在大氣中燃燒殆盡，因此并不會成為長期在軌的太空垃圾。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光告訴科技日報記者，事實上，除了少數因達到使用壽命或因為故障而失效的衛星等航天器外，大多數太空垃圾，尤其是數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形成大量小碎片，小碎片之間還可能會繼續發生碰撞，產生數量更多、體積更小的碎片。”楊宇光說，于是在一次次解體或碰撞中，大量太空垃圾被制造出來。

除了體積和數量之間存在相關關系，太空垃圾在軌道分布上也有一定規律。楊宇光表示，軌道高度在500—1000公里的區域是太空垃圾的“重災區”，“首先這個范圍內過去存在著大量衛星，互相之間發生碰撞的可能性較大。其次是這一范圍內大氣十分稀薄，物體繞地球旋轉的速度下降緩慢，因此在短時間內很難脫離原軌道，墜入大氣。”而在軌道高度300—400公里區域，雖然也曾發射有大量衛星，但該區域內大氣密度較高，太空垃圾會在相對較短的時間內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進行追蹤管理

雖然太空垃圾已經將地球團團圍住，但楊宇光告訴記者，目前國際上已經能夠對大多數具有較大威脅的太空垃圾進行追蹤編目，監測其運行軌跡，從而在航天活動中對其進行合理規避。

楊宇光介紹道，目前追蹤監測太空垃圾的手段主要有兩種，分別為雷達觀測和光電觀測。雷達觀測的原理是地面向天上發射無線電波，空間軌道中無論是正常工作的衛星還是太空垃圾，都會將無線電波反射回地面。地面雷達站接收到空間物體反射回的無線電波后，對其進行分析處理，便可實現對太空垃圾的發現、編目，以及對其位置、速度等運行信息的監測。

區別于傳統的有源雷達，不久前，澳大利亞媒體報道了一種監測太空垃圾的新方法，利用的卻是無源雷達。無源雷達自身不需要發射機來發射電磁波，主要依靠接收他源反射的微波能量來對目標進行探測，通常擁有更高的靈敏度。由于地球上每時每刻都在向太空中發射大量無線電波，其中一部分便會被太空垃圾反射回地面，進而被無源雷達接收到，實現對太空垃圾的監測。楊宇光表示，該方法理論上或許可行，但實際應用效果如何仍需進一步了解觀察。

除了雷達觀測，常見的監測太空垃圾的方法還有光電觀測。該手段主要利用光電望遠鏡觀測空間軌道中的物體，主要設備有大視場空間碎片光電望遠鏡等，但通常其只能在物體反射太陽光的情況下才可實現觀測。楊宇光表示，不管是哪種觀測方法，目前都存在一定的局限性，尤其是對于微小太空垃圾的監測仍有較大瓶頸。他進一步介紹道：“目前人類已經能夠實現對位于較低軌道的、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行追蹤。但目前都是物體越大越容易監測，而太空垃圾則是體積越小的反而數量越多。”

成本問題制約太空垃圾治理

看得見，但不一定“摸”得著。雖然人類已經可以對部分太空垃圾進行有效的編目管理，但對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行收集處理，當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。“太空垃圾都處在不同軌道上，如果要靠近它們就需要不斷變軌，變軌就需要消耗推進劑，成本太高。因此這種辦法無法用于批量處理太空垃圾。”

據俄羅斯衛星去年11月30日報道，俄羅斯薩馬拉國立大學新聞處發布消息表示，俄科學家開發了一種技術，用于完成使用太空清掃器有效且安全地清除軌道上垃圾的任務。

消息稱：“我們提出了一種借助配備了離子發動機的自動太空清掃器無接觸清理軌道上垃圾的方法。清掃器靠近選定垃圾對象約10米時，將向其發出發動機離子流，也就是所謂的等離子體焰炬。離子流粒子遇到太空垃圾表面時產生力量，該力量將被用于將垃圾移動到需要的方向。”

據悉，世界上開發的大部分太空垃圾清理方法都需要直接接觸，也就是用魚叉、網、鋼索或機械手對接或捕獲被運輸的對象。但是所有這些方法都相當復雜且危險，上述方法可能導致緊急碰撞并產生大量小的太空垃圾。非接觸的方法更安全，太空清掃器不會與垃圾直接接觸，這可以減少其碰撞的可能性。

但捕獲之后如何處理？楊宇光認為，將其直接“扔”回大氣層內并不可取，“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星等航天器上，可在太空中實現自主展開的薄膜結構。其質量非常輕，但薄膜帆面展開后像一個“大風箏”，可以大大增加航天器的氣動阻力，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在技術上進行探索，另一方面各國也應攜手建立更加合理有效的外層空間管理機制，合力應對太空垃圾問題。

來源 | 綜合科技日報、參考消息網