控制太空垃圾可能需要转变态度

轨道空间并不是无限的资源。

图片来自国家航空航天局，描绘了围绕地球的太空垃圾数量。碎片区域的数据来源于宇航局轨道碎片项目办公室。（图片来源：宇航局戈达德太空飞行中心/JSC，发布于2013年5月1日）

最近有很多关于处理日益增长的空间碎片问题的最佳方式的讨论。

没有唯一解能作为灵丹妙药，部分原因是它是一个全球问题。事实上，空间垃圾专家将它描述为“公地悲剧”。

一些类似SpaceX的Starlink宽带网络这样的大型卫星星座的组装，很大程度上推动了全球发射率的上升，加剧了空间垃圾问题。

此外，还有一些相关的杂物：报废或者即将报废的航天器，废弃的火箭以及其他人造残留物-从固体火箭发动机中喷出的污水到散落的螺母螺栓、再到油漆碎片、再到航天器冷却系统产生的水滴，其中一部分还是放射性的。另外还有在反卫星试验中炸毁的卫星残片。总之，这是一个天大的麻烦且会带来长期的后果。

英国航天局(U.K. Space Agency)首席执行官保罗-贝特(Paul Bate)在上个月的一份声明中说，“目前有近5000颗运行卫星和3万多个可追踪的碎片，能否在空中安全运行变得更具挑战。”

雄心壮志

多年来，人们提出了多种方法清理太空环境，包括钓鱼网、鱼叉、激光爆炸、离轨系索、太阳帆以及带有机械臂的航天器抓钩。

无论我们如何做，“清理”轨道上的垃圾将引导我们实现太空的可持续性—所有航天国家都能继续利用外层空间造福人类。

这确实是一个崇高的理想，但在9月12日参议院提出的《2022年轨道可持续性法案》(Orbital Sustainability Act of 2022，简称ORBITS法案)已经解决了该问题。该法案由两党共同提出，旨在“建立一个积极修复轨道碎片的示范项目”同时“要求制定统一的轨道碎片标准规范以支持安全和可持续的轨道环境”。

此外，联邦通信委员会(FCC)也采取行动制定新规则，通过减少废弃卫星在空中停留的时间来减少轨道碎片的风险。近期联邦通信委员会投票赞成在近五年内处理低轨道卫星而非之前向卫星运营商建议的二十五年。

现已退休的国家航空航天局(NASA)高级科学家唐·凯斯勒(Don Kessler)表示，“现在的改变似乎都向着正确的方向进行，”他曾从事轨道碎片的开创性研究。实际上，“凯斯勒综合症”(Kessler Syndrome)就是以他的名字命名的。“凯斯勒综合症”是一种令人担忧的太空碎片碰撞连锁反应，将产生越来越多的轨道混乱。

凯斯勒在接受采访时表示“联邦通信委员会可以成为确保NASA指导方针能得到遵守的监管机构。”大部分近地轨道卫星的运营商表示可以轻松满足五年规则，因此由二十五年缩短到五年是一个重大改进。联邦通信委员会将需要宇航局的碎片模型来预测任何修改建议的结果。

自1961年以来，地球轨道上就有了解体的记录。大多数由卫星和火箭末级的爆炸引起而非物理之间的碰撞。（图片来源：ESA/ID&Sense/ONiRiXEL, CC BY-SA 3.0 IGO）

认清形势

在夏威夷毛伊岛怀卢库工作的CelesTrak公司首席科学家兼首席技术官T.S.凯尔索表示，联邦通信委员会通过的为期五年的规则来清理轨道垃圾是“朝正确方向迈出的一步”，但是“远远不够。”凯尔索说，“我们需要改变人们对待太空环境的态度。虽然看起来是一个模糊的目标，但如果不改变人们对待应做之事的基本看法，我们就无法实现真正的改变。”

凯尔索表示，认识到近地空间环境污染是一回事，但接受我们应该改变的行为则是另一回事。

他说“具体来说，就是太空内外的人们都应当认识到，一旦任务完成，就不应该把东西遗留在轨道上。”“因此，用于发射卫星的火箭一旦将有效载荷送入轨道，就应当被移除。对于已经达到计划寿命的卫星也是如此。在它仍有燃料且可控的时候就将其移出轨道。”

竞争阶段

许多专家表示，现在就对太空垃圾采取措施很重要，未来的近地轨道(LEO)只会变得越来越拥挤。位于密歇根州霍顿市的Orbion Space技术公司的首席执行官布拉德·金(Brad King)表示，“低轨道星座市场正处于早期增长阶段，所有迹象表明它将会发展为一个充满活力的市场。”

金说：“低轨道星座的优势是毋庸置疑的。像Planet和SpaceX等开拓者已经表明可能部署大型卫星并且卫星可以为全球经济与社会带来巨大的收益。”“一旦地球开始习惯接受这些来自太空的服务，我们就会将它们融入我们的生活，我们会期待他们，也会觉得他们是理所当然的。”

目前市场正在进入竞争阶段，金说，各个公司正在寻找合适的商业模式，也会学习彼此的成功与失败。

“此后到来的是整合阶段，成功的公司合并或吞并不太成功的对手，最后一批并不活跃的公司稳定下来，成为长期的太空供应商。”

金说，目前太空可持续性面临的最大威胁是轨道碎片和交通拥堵。“两者都可以导致碰撞从而加剧问题”。他补充说，Orbion的推进系统允许每颗卫星在执行任务期间进行机动，并在任务结束后安全处理自己。

金说，这两种能力对于防止太空碰撞以及了解太空物体的位置并与其他运营商共享信息非常重要。

无所作为的代价

废弃的宇宙飞船应该如何降落？有很多种选择，每种选择也有对应的成本，凯尔索说。

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凯尔索说，使用大推力脱轨方法需要额外的燃料和更大发动机所增加的重量，但可以更快地以可控的方式移除物体。使用低推力的方法，前期支出更少但会使物体停留时间更长，更加容易发生碰撞，并且控制重返大气层位置的能力也会变减弱，增加地球表面受损的风险。

“这些风险和潜在后果必须与前期成本进行权衡。但是无所作为也是有代价的，正如我们开始了解到的那样，事后清理要比事先预防花费更多。”“我们现在应该已经从我们所污染的其他环境中学到这一点。”

处置计划

在凯尔索看来，每次发射都应该包括对所有送入轨道的物体的处置计划。

他说：“或许可以制定一些激励计划，让卫星运营商和发射提供商遵守他们的计划，比如在发射前缴纳‘保证金’，如果处置计划按计划执行，保证金可以全额退还。“

凯尔索的底线是，近地资源不是无限的，就像空气，土地和水资源一样。

他说：“一旦人们接受这一点，并倡导以一种常识性的方法来‘打包’我们‘打包’进来的东西，那么让发射提供商和卫星运营商为实现这一目标而努力就应该成为正确的事情。”“然后，业界就可以创新，以确定如何以最佳方式实现这些目标。”

BY:Leonard David

FY: 無枝

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来源: 天文在线