機械飛爪、清潔衛星……南航專家詳解“太空清道夫”技術

不僅地球上需要“垃圾分類”，太空中亦如是。近日，韓國“阿里郎3號”衛星險些被一塊高速飛行的太空垃圾擊中，該衛星通過緊急升高高度才躲過一劫。隨著微小衛星技術的成熟，地球軌道上航天器數量持續快速增長，使太空垃圾帶來的潛在風險進一步增大。太空垃圾從何而來，航天器又該如何躲避這些“天外來客”？記者采訪了南京航空航天大學航天學院康國華教授。

太空險情

最近距離只有62米！

韓國一顆衛星險些被擊中

韓國于2012年發射的“阿里郎3號”多用途衛星，可在距離地面685公里的上空利用高性能光學數字照相機拍攝地球照片。韓國SBS電視臺10日報道，12月2日，韓國相關機構觀測到太空垃圾正向“阿里郎3號”衛星飄來，存在撞擊風險。

韓國國情院對資料進行綜合分析后表示，5日，一塊衛星殘骸與“阿里郎3號”衛星之間的最近距離一度只有62米。韓國國情院工作人員稱，這個碎片與“阿里郎3號”衛星的相對速度，高達每秒14.7公里，相當于子彈飛行速度的十倍，如果相撞，衛星可能發生嚴重破損。最終，韓國航空宇宙研究院利用衛星推力器，將“阿里郎3號”衛星的高度提升了150米，實現了緊急回避。 央視財經

現狀

在軌衛星超過7000顆

地球周圍或有1億多塊太空垃圾

與“阿里郎”衛星一樣，很多衛星都部署在500公里以上高度。“在這個高度上的航天器幾乎無法通過墜入大氣而銷毀，會在軌道上越積越多。”比如SpaceX的“星鏈計劃”就有4.2萬顆衛星，“每個衛星都有壽命限制，但如果衛星軌道較高，衛星失效后又沒有主動的離軌措施，那只能長時間滯留在軌道上。”康國華說，隨著大規模衛星入軌，失效衛星數量將不斷增加，相撞概率也隨之上升，并且會產生鏈式反應，形成太空垃圾帶。盡管SpaceX已經提出保證，衛星都有離軌措施，到期后將主動墜入大氣層燒毀，但即使如此，截至目前，已發射的800多顆星鏈衛星中仍有3%左右的失效衛星完全聯系不上，成為“死星”。

截至2021年的最新數據，目前在軌衛星超過7000顆。根據美國洲際導彈防御系統雷達網公開的監測數據，圍繞地球轉動的太空垃圾，估計總共有1億多塊，尺寸有大有小，從毫米級、厘米級到米級以上不等。

怎么躲避

航天器入軌前會進行風險分析

國際空間站每年都有“規避動作”

“即便是毫米級的太空垃圾，由于其在太空中運動速度非常快，因此也有相當的破壞力。” 康國華介紹，太空垃圾和自然形成的碎片已經成了國際空間站面臨的巨大威脅。就在今年5月，國際空間站的最重要部件之一機械臂被太空垃圾擊中，外表的保溫層被撕裂，留下了一個洞口，由于碎片的體積過于微小無法追蹤。2016年，在國際空間站的穹頂艙也曾發現一處約0.7厘米的小裂縫，歐洲太空總署認為裂縫可能是由僅1000分之1公厘的金屬碎片或金屬垃圾引起。

如何躲避這些天外來客，業界已經有一定的經驗。比如說此次韓國航空宇宙研究院發現險情后，就利用衛星推力器，將“阿里郎3號”衛星的高度提升了150米，實現了緊急回避。

“對于軌道上厘米級的物體，我們的技術是可以監測到的。在每個航天器入軌之前，我們都會對以后的工作軌道做一個詳細的風險分析，確認與現有航天器及碎片沒有相撞風險，航天器才可以入軌。”康國華說，進入軌道后，地面還會通過空間目標監測技術，觀測跟蹤空間碎片，確保航天器可以實時得到預警躲避可能碰到的太空垃圾。

當然，這種躲避并非毫無代價。康國華介紹，為了躲避太空垃圾，每年國際空間站都要做一些“規避動作”，機動變軌，抬高或者降低軌道，也會因此產生多余的燃料消耗。

怎么清理

各國科學家都在“開腦洞”

第一顆“清潔衛星”計劃2025年上天

隨著入軌航天器數量增加，特別是近年來幾次對在軌衛星摧毀試驗，太空垃圾數量也急劇增加，太空垃圾的清理已成為一個研究熱點，各國科學家也正“腦洞大開”地解決這一難題，比如“飛爪”“飛網”等。

對此，康國華表示，飛爪是通過剛性的方式，伸出機械臂抓取太空垃圾，帶離軌道；而飛網是一種柔性的方式，發射一艘載有飛網捕獲系統的太空拖船，發現并接近太空垃圾后，這張柔性繩索編制的大型飛網將“裹”走垃圾拖離太空的“高速公路”。

各種空間碎片清理的工作和項目也被提上日程。歐洲航天局與“清潔太空”公司今年簽訂合同，將在2025年發射世界上第一顆太空垃圾清潔衛星——“清潔太空一號”。

如今，保持空間環境清潔，已經成了所有負責任航天大國的共識。“根據國際公約要求，所有入軌航天器都要自帶離軌措施，即達到運行壽命或失效時自動駛離太空，墜毀在大氣層。”

這種預防措施，受太空環境、壽命周期等種種制約，實現起來并不太容易，但趁著太空的“高速公路”還沒擁堵，一方面降低航天器成為太空垃圾的可能性，另一方面，太空垃圾“清道夫”技術的進步，我們就能在航天事業發展的同時，還太空一片清澈。

關鍵詞： 清道夫 衛星 專家 機械 技術