1957年，人类首颗人造卫星发射成功，标志着太空时代的开始。自此，地球轨道上逐渐累积了大量太空垃圾，主要包括以下几种类型：脱落的油漆碎片、废弃的火箭推进器、失效的卫星，以及航天员在太空作业时遗失的各种工具。

太空垃圾问题究竟有多严重？且从之前预计的数据来看：直径在1毫米到1厘米之间的太空垃圾有1.28亿个；1到10厘米的有90万个；大于10厘米的有3.4万个。

在近地轨道区域，太空垃圾的平均运行速度高达每秒7.9公里，相当于子弹速度的10倍。这种极快的速度意味着：微小碎片（1毫米至1厘米）可能损坏卫星的关键部件；中等碎片（1至10厘米）最为危险，其体积足以摧毁航天器，但又小到难以被监测系统发现；大型碎片（10厘米以上）可以被追踪监测，航天器可提前规避，为此空间站会每年至少调整一次轨道避免碰撞。

从ISS飘出的舱外活动工具包。

低地球轨道（LEO）是指距离地面160到2000公里的太空区域。这个高度范围内运行着许多军事卫星、地球观测卫星和通信卫星。

LEO轨道的特点是每天要绕地球飞行15圈左右。与更高轨道的卫星相比，该轨道的太空垃圾容易与卫星碰撞。

关于凯斯勒现象的研究表明，太空碰撞会产生更多碎片，这些碎片又可能引发新的碰撞，最终可能导致低地球轨道区域无法使用。

大多数坠入大气层的太空垃圾都会燃烧殆尽，但大型碎片可能造成危害。例如1978年苏联的宇宙954号核动力卫星失控坠毁事件，最终残骸散落在加拿大西北部，其中找回的12块大型碎片中，发现了10块具有放射性的碎片。

2001年，俄罗斯和平号空间站按计划坠入南太平洋指定海域。这座重达130吨的空间站在重返大气层时的场景相当壮观。回收的太空站金属碎片还在eBay拍卖网站上贩售。

目前所有受控坠落都选择在海洋或无人区，但太空垃圾击中人口密集区的风险始终存在。

2010年记录显示每周约发生1.3万次危险接近，科学家预测到2059年将增至每周5万次。规避动作会消耗卫星燃料，缩短使用寿命。

2009年2月10日，美国铱星33号与俄罗斯宇宙2251号卫星在西伯利亚上空789公里处相撞，产生约2000块可追踪碎片。

欧洲航天机构正在建设新型监测雷达系统。美国太空监测网络已追踪2.6万个轨道物体，其2020年投入运行的新系统将监测能力提升至20万个目标。

为了减少日益严重的太空垃圾问题，国际社会早在1993年就成立了专门的空间碎片协调机构。该组织制定了一系列行之有效的防护措施。

在预防措施方面，首要任务是减少太空任务中丢弃的多余部件数量。同时必须重点防范在轨爆炸事故，据统计这类事故已发生超过500起。具体实施方案包括：要求航天器在寿命末期排放剩余燃料和高压气体，严格禁止故意引爆卫星的行为，并建立完善的卫星碰撞预警规避机制。

针对不同轨道的卫星，该组织提出了差异化要求。近地轨道卫星的设计在轨寿命不得超过25年，必须配备离轨推进系统，对于无法自主离轨的卫星需要安装专门的拖曳装置。而高轨道卫星在结束服役后，必须转移到特定的废弃轨道，避免影响正常运行的航天器。

目前，全球科学家正在积极探索多种太空垃圾清理技术。这些前沿技术包括：利用地面激光器使太空垃圾减速坠落，研发具有超强吸附能力的气凝胶捕获装置，研制专用的清理卫星，测试能够有效减速碎片的大型泡沫材料，以及开发高精度的机械臂捕获系统。

消灭太空垃圾的方法之一是：利用卫星发射激光将之摧毁。

雷达系统主要用于监测近地轨道（高度160-2000公里）的太空垃圾。对于中高轨道（2000-36000公里）和地球同步轨道（高度约36000公里）的太空垃圾，则需要借助光学望远镜进行监测。不过，望远镜的监测能力有限，无法有效识别尺寸小于1米的物体。此外，通过无线电信号监测也是判断卫星是否在轨运行的重要手段。

这些监测措施虽然能够预警潜在的碰撞风险，但为确保关键航天任务的安全，相关人员还采取了更严格的防护措施，以确保载人航天飞行，以及提供电视信号、天气预报、移动通信和全球定位服务的卫星能够正常运行。

随着太空垃圾问题日益严峻，包括我国在内的世界主要航天国家都在积极研发太空垃圾主动清除技术。当前面临的主要技术难题是如何实现低成本、高效率的太空垃圾清理。展望未来，随着人类太空活动的持续增加，专门从事太空垃圾回收的新兴产业或将应运而生。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：白鹏 航天科技集团十一院 研究员

来源: 科普中国创作培育计划

内容资源由项目单位提供