控制太空垃圾可能需要轉變態度

軌道空間并不是無限的資源。

圖片來自國家航空航天局，描繪了圍繞地球的太空垃圾數量。碎片區域的數據來源于宇航局軌道碎片項目辦公室。（圖片來源：宇航局戈達德太空飛行中心/JSC，發布于2013年5月1日）

最近有很多關于處理日益增長的空間碎片問題的最佳方式的討論。

沒有唯一解能作為靈丹妙藥，部分原因是它是一個全球問題。事實上，空間垃圾專家將它描述為“公地悲劇”。

一些類似SpaceX的Starlink寬帶網絡這樣的大型衛星星座的組裝，很大程度上推動了全球發射率的上升，加劇了空間垃圾問題。

此外，還有一些相關的雜物：報廢或者即將報廢的航天器，廢棄的火箭以及其他人造殘留物-從固體火箭發動機中噴出的污水到散落的螺母螺栓、再到油漆碎片、再到航天器冷卻系統產生的水滴，其中一部分還是放射性的。另外還有在反衛星試驗中炸毀的衛星殘片。總之，這是一個天大的麻煩且會帶來長期的后果。

英國航天局(U.K. Space Agency)首席執行官保羅-貝特(Paul Bate)在上個月的一份聲明中說，“目前有近5000顆運行衛星和3萬多個可追蹤的碎片，能否在空中安全運行變得更具挑戰。”

雄心壯志

多年來，人們提出了多種方法清理太空環境，包括釣魚網、魚叉、激光爆炸、離軌系索、太陽帆以及帶有機械臂的航天器抓鉤。

無論我們如何做，“清理”軌道上的垃圾將引導我們實現太空的可持續性—所有航天國家都能繼續利用外層空間造福人類。

這確實是一個崇高的理想，但在9月12日參議院提出的《2022年軌道可持續性法案》(Orbital Sustainability Act of 2022，簡稱ORBITS法案)已經解決了該問題。該法案由兩黨共同提出，旨在“建立一個積極修復軌道碎片的示范項目”同時“要求制定統一的軌道碎片標準規范以支持安全和可持續的軌道環境”。

此外，聯邦通信委員會(FCC)也采取行動制定新規則，通過減少廢棄衛星在空中停留的時間來減少軌道碎片的風險。近期聯邦通信委員會投票贊成在近五年內處理低軌道衛星而非之前向衛星運營商建議的二十五年。

現已退休的國家航空航天局(NASA)高級科學家唐·凱斯勒(Don Kessler)表示，“現在的改變似乎都向著正確的方向進行，”他曾從事軌道碎片的開創性研究。實際上，“凱斯勒綜合癥”(Kessler Syndrome)就是以他的名字命名的。“凱斯勒綜合癥”是一種令人擔憂的太空碎片碰撞連鎖反應，將產生越來越多的軌道混亂。

凱斯勒在接受采訪時表示“聯邦通信委員會可以成為確保NASA指導方針能得到遵守的監管機構。”大部分近地軌道衛星的運營商表示可以輕松滿足五年規則，因此由二十五年縮短到五年是一個重大改進。聯邦通信委員會將需要宇航局的碎片模型來預測任何修改建議的結果。

自1961年以來，地球軌道上就有了解體的記錄。大多數由衛星和火箭末級的爆炸引起而非物理之間的碰撞。（圖片來源：ESA/ID&Sense/ONiRiXEL, CC BY-SA 3.0 IGO）

認清形勢

在夏威夷毛伊島懷盧庫工作的CelesTrak公司首席科學家兼首席技術官T.S.凱爾索表示，聯邦通信委員會通過的為期五年的規則來清理軌道垃圾是“朝正確方向邁出的一步”，但是“遠遠不夠。”凱爾索說，“我們需要改變人們對待太空環境的態度。雖然看起來是一個模糊的目標，但如果不改變人們對待應做之事的基本看法，我們就無法實現真正的改變。”

凱爾索表示，認識到近地空間環境污染是一回事，但接受我們應該改變的行為則是另一回事。

他說“具體來說，就是太空內外的人們都應當認識到，一旦任務完成，就不應該把東西遺留在軌道上。”“因此，用于發射衛星的火箭一旦將有效載荷送入軌道，就應當被移除。對于已經達到計劃壽命的衛星也是如此。在它仍有燃料且可控的時候就將其移出軌道。”

競爭階段

許多專家表示，現在就對太空垃圾采取措施很重要，未來的近地軌道(LEO)只會變得越來越擁擠。位于密歇根州霍頓市的Orbion Space技術公司的首席執行官布拉德·金(Brad King)表示，“低軌道星座市場正處于早期增長階段，所有跡象表明它將會發展為一個充滿活力的市場。”

金說：“低軌道星座的優勢是毋庸置疑的。像Planet和SpaceX等開拓者已經表明可能部署大型衛星并且衛星可以為全球經濟與社會帶來巨大的收益。”“一旦地球開始習慣接受這些來自太空的服務，我們就會將它們融入我們的生活，我們會期待他們，也會覺得他們是理所當然的。”

目前市場正在進入競爭階段，金說，各個公司正在尋找合適的商業模式，也會學習彼此的成功與失敗。

“此后到來的是整合階段，成功的公司合并或吞并不太成功的對手，最后一批并不活躍的公司穩定下來，成為長期的太空供應商。”

金說，目前太空可持續性面臨的最大威脅是軌道碎片和交通擁堵。“兩者都可以導致碰撞從而加劇問題”。他補充說，Orbion的推進系統允許每顆衛星在執行任務期間進行機動，并在任務結束后安全處理自己。

金說，這兩種能力對于防止太空碰撞以及了解太空物體的位置并與其他運營商共享信息非常重要。

無所作為的代價

廢棄的宇宙飛船應該如何降落？有很多種選擇，每種選擇也有對應的成本，凱爾索說。

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凱爾索說，使用大推力脫軌方法需要額外的燃料和更大發動機所增加的重量，但可以更快地以可控的方式移除物體。使用低推力的方法，前期支出更少但會使物體停留時間更長，更加容易發生碰撞，并且控制重返大氣層位置的能力也會變減弱，增加地球表面受損的風險。

“這些風險和潛在后果必須與前期成本進行權衡。但是無所作為也是有代價的，正如我們開始了解到的那樣，事后清理要比事先預防花費更多。”“我們現在應該已經從我們所污染的其他環境中學到這一點。”

處置計劃

在凱爾索看來，每次發射都應該包括對所有送入軌道的物體的處置計劃。

他說：“或許可以制定一些激勵計劃，讓衛星運營商和發射提供商遵守他們的計劃，比如在發射前繳納‘保證金’，如果處置計劃按計劃執行，保證金可以全額退還。“

凱爾索的底線是，近地資源不是無限的，就像空氣，土地和水資源一樣。

他說：“一旦人們接受這一點，并倡導以一種常識性的方法來‘打包’我們‘打包’進來的東西，那么讓發射提供商和衛星運營商為實現這一目標而努力就應該成為正確的事情。”“然后，業界就可以創新，以確定如何以最佳方式實現這些目標。”

BY:Leonard David

FY: 無枝

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來源: 天文在線