太空碎片问题不会自行解决。多年来,我们一直在不断向太空发射更多火箭和有效载荷。
在过去的几年里,各组织——尤其是欧洲航天局(ESA)——开始更认真地解决这个问题。
现在他们问这个问题:如何才能实现零空间碎片?
乍一看,这似乎不真实,也许很天真。有数十亿块太空垃圾绕地球运行,其中超过 25,000 块的尺寸超过 10 厘米。
这些碎片虽然很小,但移动速度很快,在撞击卫星或空间站时可能会造成严重损坏。需要做什么才能清除所有这些碎片?
欧洲航天局 (ESA) 发布了 零碎片技术手册 阐明面临的挑战 零碎片的未来,并提出实现这一目标的解决方案。该小册子的编写是在签署零碎片宪章由零碎片组织成员 社区。
报告指出:“尽管近年来采取了多项减缓空间碎片的举措,并且公众意识有所提高,但人们普遍认为,所有空间利益相关者都迫切需要采取更雄心勃勃的行动来防止、减轻和补救碎片。”
报告指出, 联合国和平利用外层空间委员会外层空间活动长期可持续性准则 概述了碎片如何阻碍进入太空。
该手册定义了零碎片目标,并介绍了可以帮助组织实现这些目标的“技术需求、解决方案和关键推动因素”。
显而易见的第一步是停止制造更多碎片。
首先要避免碎片的无意释放。暴露在太空环境中可能会在任务期间和结束日期后使材料降解,无意的撞击也可能释放碎片。
该小册子提倡“开发多层绝缘和涂层技术,防止材料长期降解”以及可抵抗冲击的材料的类似开发。改进的监控、模拟和测试可以帮助我们实现这一目标。
该手册还指出了对不同推进技术的需求。一些推进技术会释放大量的小颗粒。该小册子促进了基于以下内容的替代推进系统的开发 电磁系绳、动量传递系绳以及阻力或太阳辐射压力增强装置。
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该小册子还指出了改进的太空交通监视和协调(STC)如何帮助解决这个问题。小册子指出:“改进的 STC 将有助于防止碰撞并减少不必要的避碰动作的发生。”
这需要技术解决方案,但不同的航天机构也必须共享信息,其中一些机构比其他机构更不愿意这样做。技术手册解释说,为此需要制定并采用标准化指南。
对于现有的碎片,清除是唯一的解决办法。小册子指出:“对于无论出于何种原因未能自行脱离轨道的空间物体,可以使用外部手段将这些物体移出轨道。”
首先是评估报废卫星,以确定使其脱离轨道的最佳方法。它们是否面临因脱离轨道方法而解体的风险?一旦评估完毕,我们需要开发可靠且可配置的方法来删除它们。这意味着需要一种技术方法,以及不同航天国家之间的通信。
小册子指出,这将需要“开发可互操作的接口和要求,以促进不同类型和尺寸的物体(例如大型/小型航天器、发射器阶段和元件、星座航天器)的移除,并适应不同的轨道区域(例如LEO、 MEO、GEO),针对不同的处置策略(例如受控、非受控再入、轨道转移到墓地轨道),并考虑到易于采用,”小册子解释道。
离轨系统可以像实验中的可展开太阳帆一样简单 加拿大先进纳米空间实验-7 (CanX-7。)它于 2016 年发射,实现了每年 20/公里的衰减率。
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虽然 CanX-7 和其他类似系统是被动式的,但也有主动碎片清除 (ADR) 的设计。
Clearspace-1 是一种 ADR 系统。它将展示用于交会、捕获和离轨一颗名为 PROBA-1 的报废卫星的技术。捕获后,Clearspace-1 和 PROBA-1 都会坠入地球大气层并被摧毁。
预测和避免卫星与太空中其他物体之间发生碰撞的风险也是该手册的一部分。 “碎片数量的增加以及与轨道碰撞相关的风险导致
手册指出,操作员进行防撞机动的需求不断增加。这可以在设计阶段部分解决,但不可避免地需要协调。
小册子再次呼吁各机构之间加强合作。这项工作需要一套标准化的碰撞评估指南和“整合多个提供商的碰撞风险评估的方法”。
在技术方面,避免碰撞和预测也将受益于机器学习算法的发展、光学和无线电跟踪的发展和采用,以及更长的其他开发项目列表。
技术手册总结了我们的问题:空间碎片需要标准化方法来评估危险、避免危险和消除危险。
虽然解决空间碎片问题所需的技术尚未得到彻底开发,但毫无疑问它将会得到彻底开发。然而,所需的技术可能并不是解决空间碎片问题的最大障碍。关键部分是合作。
没有合作,问题永远无法得到彻底解决。然而,合作可能供不应求。我们的物种至少部分是由我们自相残杀和 公地悲剧。不同的国家有不同的意识形态、政治和领导力。
更糟糕的是,一些国家正在积极制造更多碎片。 2007年,中国进行了一次反卫星导弹试验,摧毁了一颗失效的卫星并产生了大量碎片。
2017年,俄罗斯也做了同样的事情。印度在 2019 年进行了类似的测试,尽管他们声称测试的高度如此之低,以至于碎片会在地球大气层中迅速燃烧。然而,美国战略司令部表示,碎片在太空中停留的时间比印度声称的要长。
地球上的国家和航天机构似乎不太可能很快进行合作。
但就像等等一系列问题,我们只能通过合作来解决空间碎片问题。