太空也需要“清道夫”(科技大觀)
自1957年第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射以來，人類送入地球軌道的衛(wèi)星已經(jīng)超過1.3萬顆。人類太空活動(dòng)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，留在軌道的空間碎片也在不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前被空間碎片監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)定期跟蹤和編目的碎片超過3.1萬個(gè)，而毫米級(jí)以上空間碎片總數(shù)更是多達(dá)上億個(gè)。相較于2006年的數(shù)據(jù)，以空間碎片為主的小尺寸空間物體密度已增加了約5倍。
如果把低地球軌道比作一條高速公路，越來越多的空間碎片就好比留在路上的破損汽車，也叫太空垃圾。它們主要來源于廢棄的衛(wèi)星、飛行器及火箭的上面級(jí)，這些物體在解體、爆炸和碰撞中會(huì)產(chǎn)生更小的碎片。大部分空間碎片雖小，卻有著20倍于子彈的運(yùn)行速度，給軌道上的交通帶來諸多風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)公開報(bào)道，由于碎片撞擊而失效或異常的衛(wèi)星超過16顆，每年全球衛(wèi)星機(jī)動(dòng)規(guī)避空間碎片的操作超過100次，國(guó)際空間站為躲避空間碎片撞擊共進(jìn)行了29次機(jī)動(dòng)規(guī)避。
在遭遇垃圾擋道時(shí)，衛(wèi)星運(yùn)行能否也像在高速公路上那樣呼叫“拖車服務(wù)”呢？為了實(shí)現(xiàn)這一愿望，世界航天大國(guó)都在積極開展空間碎片清除技術(shù)研究，提出了各自的清除方案。總的來看有兩大類：一類是接觸式，如機(jī)械臂抓捕、安裝離軌裝置等。第二類是非接觸式，如用激光或離子束等進(jìn)行推移。兩類清除方式殊途同歸，都是要讓碎片離開當(dāng)前軌道，進(jìn)入大氣層燒毀。
當(dāng)前，各類在軌試驗(yàn)在基本解決技術(shù)可行性的基礎(chǔ)上，對(duì)經(jīng)濟(jì)可行性的需求愈發(fā)迫切。想象一下，“拖車服務(wù)”的成本若是比衛(wèi)星遭撞擊風(fēng)險(xiǎn)帶來的損失還高，必然不會(huì)有吸引力。2017年，日本宇航局在所發(fā)布的太空碎片清除委托公告中，除了征集清除系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)方案，還明確提出要征集商業(yè)化可行性方案。
隨著更多航天技術(shù)公司加入這一賽道，空間碎片清除的商業(yè)圖景正逐漸顯現(xiàn)。日本天空完美公司表示，將開發(fā)一顆用激光清除太空碎片的衛(wèi)星，計(jì)劃在2026年投入運(yùn)行。歐洲航天局已出資8600萬歐元購(gòu)買瑞士初創(chuàng)公司“清潔太空”的服務(wù)，計(jì)劃于2025年發(fā)射專門航天器，演示驗(yàn)證大型報(bào)廢衛(wèi)星移除技術(shù)。
空間碎片清除不僅是一種太空經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)，還能帶動(dòng)空間目標(biāo)捕獲、高性能推進(jìn)與組合體控制等高新技術(shù)發(fā)展，為未來大規(guī)模利用太空奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前，中國(guó)也在大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)，并在《2021中國(guó)的航天》白皮書中將空間碎片清除列入太空經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)，不斷培育和提升航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模效益。未來，空間碎片清除市場(chǎng)價(jià)值將日益凸顯，太空垃圾清掃公司也將成為航天產(chǎn)業(yè)鏈上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
(作者為中科院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員)
周炳紅