太空碎片問題不會自行解決。多年來,我們一直在不斷向太空發射更多火箭和有效載荷。
在過去的幾年裡,各組織——尤其是歐洲太空總署(ESA)——開始更認真地解決這個問題。
現在他們問這個問題:如何才能實現零空間碎片?
乍一看,這似乎不真實,也許很天真。有數十億塊太空垃圾繞地球運行,其中超過 25,000 塊的尺寸超過 10 公分。
這些碎片雖然很小,但移動速度很快,在撞擊衛星或太空站時可能會造成嚴重損壞。需要做什麼才能清除所有這些碎片?
歐洲太空總署 (ESA) 發布了 零碎片技術手冊 闡明面臨的挑戰 零碎片的未來,並提出實現這一目標的解決方案。該小冊子的編寫是在簽署零碎片憲章由零碎片組織成員 社區。
報告指出:「儘管近年來採取了多項減緩空間碎片的舉措,並且公眾意識有所提高,但人們普遍認為,所有空間利益相關者都迫切需要採取更雄心勃勃的行動來防止、減輕和補救碎片。
報告指出, 聯合國和平利用外層空間委員會外層空間活動長期永續性準則 概述了碎片如何阻礙進入太空。
這本手冊定義了零碎片目標,並介紹了可以幫助組織實現這些目標的「技術需求、解決方案和關鍵推動因素」。
顯而易見的第一步是停止製造更多碎片。
首先要避免碎片的無意釋放。暴露在太空環境中可能會在任務期間和結束日期後使材料降解,無意的撞擊也可能釋放碎片。
該小冊子提倡「開發多層絕緣和塗層技術,防止材料長期降解」以及可抵抗衝擊的材料的類似開發。改進的監控、模擬和測試可以幫助我們實現這一目標。
手冊也指出了對不同推進技術的需求。有些推進技術會釋放大量的小顆粒。該小冊子促進了基於以下內容的替代推進系統的開發 電磁繫繩、動量傳遞繫繩以及阻力或太陽輻射壓力增強裝置。
該小冊子還指出了改進的太空交通監視和協調(STC)如何幫助解決這個問題。小冊子指出:“改進的 STC 將有助於防止碰撞並減少不必要的避碰動作的發生。”
這需要技術解決方案,但不同的航太機構也必須分享訊息,其中一些機構比其他機構更不願意這樣做。技術手冊解釋說,為此需要製定並採用標準化指南。
對於現有的碎片,清除是唯一的解決辦法。小冊子指出:“對於無論出於何種原因未能自行脫離軌道的空間物體,可以使用外部手段將這些物體移出軌道。”
首先是評估報廢衛星,以確定使其脫離軌道的最佳方法。它們是否面臨因脫離軌道方法而解體的風險?一旦評估完畢,我們需要開發可靠且可設定的方法來刪除它們。這意味著需要一種技術方法,以及不同航太國家之間的通訊。
小冊子指出,這將需要「開發可互通的介面和要求,以促進不同類型和尺寸的物體(例如大型/小型太空船、發射器階段和元件、星座太空船)的移除,並適應不同的軌道區域(例如LEO、 MEO、GEO),針對不同的處置策略(例如受控、非受控再入、軌道轉移到墓地軌道),並考慮到易於採用,」小冊子解釋道。
離軌系統可以像實驗中可展開的太陽帆一樣簡單 加拿大先進奈米空間實驗-7 (CanX-7。)它於 2016 年發射,實現了每年 20/公里的衰減率。
雖然 CanX-7 和其他類似系統是被動式的,但也有主動碎片清除 (ADR) 的設計。
Clearspace-1 是一種 ADR 系統。它將展示用於交會、捕獲和離軌一顆名為 PROBA-1 的報廢衛星的技術。捕獲後,Clearspace-1 和 PROBA-1 都會墜入地球大氣層並被摧毀。
預測和避免衛星與太空中其他物體之間發生碰撞的風險也是手冊的一部分。 「碎片數量的增加以及與軌道碰撞相關的風險導致
手冊指出,操作員進行防撞機動的需求不斷增加。
小冊子再次呼籲各機構之間加強合作。這項工作需要一套標準化的碰撞評估指南和「整合多個提供者的碰撞風險評估的方法」。
在技術方面,避免碰撞和預測也將受益於機器學習演算法的發展、光學和無線電追蹤的發展和採用,以及更長的其他開發項目清單。
技術手冊總結了我們的問題:空間碎片需要標準化方法來評估危險、避免危險和消除危險。
雖然解決空間碎片問題所需的技術尚未徹底開發,但毫無疑問它將會徹底開發。然而,所需的技術可能並不是解決空間碎片問題的最大障礙。關鍵部分是合作。
沒有合作,問題永遠無法徹底解決。然而,合作可能供不應求。我們的物種至少部分是由我們自相殘殺和 公地悲劇。不同的國家有不同的意識形態、政治和領導力。
更糟的是,一些國家正在積極製造更多碎片。 2007年,中國進行了反衛星飛彈試射,摧毀了一顆失效的衛星並產生了大量碎片。
2017年,俄羅斯也做了同樣的事情。印度在 2019 年進行了類似的測試,儘管他們聲稱測試的高度如此之低,以至於碎片會在地球大氣層中迅速燃燒。然而,美國戰略司令部表示,碎片在太空中停留的時間比印度聲稱的還要長。
地球上的國家和航太機構似乎不太可能很快進行合作。
但就像等等一連串問題,我們只能透過合作來解決空間碎片問題。