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人类如何对付太空垃圾

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参考消息网4月27日报道 据美国《大众科学》月刊网站4月5日报道,据美国国家航空航天局(NASA)称,国防部目前正在追踪超过2.7万块轨道碎片,也就是太空垃圾。但许多垃圾太渺小,无法进行监控。当飞行速度达到每小时2.8万公里时,哪怕是一小块火箭脱落的漆片都可能给宇航员或飞行器带来灭顶之灾。

专门研究国际太空政策和安全的佐治亚理工学院副教授玛丽埃尔·博罗维茨说:“物体数量正在增加。”但是,清理这片“最后的边疆”说起来容易做起来难。博罗维茨说,除了费用,谁能清理的问题仍然没有明确答案。

幸运的是,许多国家和公司正在通过测试处理垃圾的方法来应对这个难题,包括设置磁力陷阱的日本卫星以及名为弗雷德的四臂等离子体机器人。以下是人类在监控和清理太空方面最有前景的六个项目。

●“清除碎片”(如图)

来自:英国

成本:1800万美元

部署时间:2018年

工作方法:鱼叉猎手  这颗善于锁定目标的卫星重约100千克,它既有一支能以每秒约20米的速度发射出去的鱼叉,又有一个4.9米宽的大网,以此捕获太空垃圾并将其拉回到地球大气层。两个摄像头记录下这一过程,以便地面工作人员能够评估垃圾坠落时的轨迹。

“清除碎片”系统于2018年发射,目前正在国际空间站外进行测试。它利用一种类似自动驾驶汽车的探测系统来练习捕捉实验目标,这套探测系统包括激光雷达和3D视觉技术。尽管还没有准备好,但它已经有了多个合作者,是我们最有希望“凭空”清除垃圾的方式之一。

●SPMN(如图)

来自:西班牙

成本:22350美元/年

部署时间:1996年

工作方法:间谍网络

从捷克到澳大利亚,“火球网络”遍布世界各地,该网络由部署在战略位置的摄像头组成,而这些摄像头能够跟踪划过天空的陨石。“西班牙流星与火球网络”(SPMN)最初成立于上世纪90年代,目的是研究太空岩石。但在2021年,它探测到了某种新东西:太空探索技术公司火箭在海岸上空烧毁时产生的碎片。这进一步证明,这套工具可用于跟踪有机物和人造物质着陆时的路径。

目前,SPMN由34个地面站和150个设在伊比利亚乡村周围的高分辨率相机组成,可提醒地方当局注意进入大气层的物体。从更广的范围来看,该项目希望帮助人们了解近年来太空活动增加所带来的罕见但现实的地面危险。

●“太阳能立方体卫星”(如图)

来自:美国

成本:87.5万美元

部署时间:2025年(预计)

工作方法:太阳能冲浪

当涉及长期解决方案时,有时最好还是从小处思考。立方体卫星(约10厘米宽的纳米卫星)自2003年以来一直被用于开展太空研究。现在,佛罗里达州恩布里-里德尔航空大学的学生工程师设计了一种专门用来清理垃圾的立方体卫星。

这款“太阳能立方体卫星”原型机使用一个紧凑型机械臂伸手捕捉10厘米范围内的自由飘浮物体。与其他许多潜在的清洁工具不同,这颗微型卫星不会耗尽燃料,进而变成更多的垃圾:它装有一个可展开的帆,能够捕捉太阳的光线,这意味着只要其硬件撑得住,它就能在近地轨道上持续运转。

据恩布里-里德尔航空大学的研发团队称,这款原型机的设计使用了现成技术,可以在4到5年内生产出一款功能完备的型号。

●ELSA-d(如图)

来自:日本

成本:1.91亿美元

部署时间:2021年

工作方法:超级磁铁

与这份清单上其他高空飞行的机器不同,“阿斯特罗斯凯尔公司生命终止服务”(ELSA-d)不会清理已经在轨道上运行的垃圾。相反,它的制造商寄希望于未来的卫星工程师将磁对接板纳入他们的设计中——并在时机成熟时为ELSA-d的服务付费。

这个死亡天使从形式上看是一台重175千克的有翼“追踪器”,依靠光学传感仪器和一组小型磁体来寻找、捕获和重新定位目标。2021年的一次在480公里高空进行的演示中,ELSA-d成功捕获并释放了一颗装有定制硬件的微型卫星。下一轮测试将让它在坠落时捕捉物体,在环境中扫描飘浮的垃圾,并将大块金属拉到地球大气层中,以使其缓慢衰变。

●Orbot Fred(如图)

来自:美国

成本:未公开

部署时间:2025年(预计)

工作方法:抓取机

科技初创企业罗格空间系统公司正在研究一台17米宽的等离子体动力航天器,该航天器被戏称为“弗雷德轨道机器人”(Orbot Fred)。它配备了两块类似翅膀的太阳能电池板,天生具备高精确度:四个机械臂能够抓住重达320千克的垃圾并将这些垃圾从其他卫星的轨道上移开,然后将其送到地球高空烧毁。

该公司希望在未来三年内,利用私人和公共资金,让旗下Orbot Fred机群上线。资金来源之一可能是美国太空军的创新部门SpaceWERX,后者正寻求将清理飘浮垃圾、在轨服务和组装等工作外包。2021年,国防部启动一项名为Orbital Prime的拨款计划,最终将把150万美元的合同授予经过挑选的竞标者,比如罗格空间系统公司这样的企业。

●“清理者”(如图)

来自:俄罗斯

成本:20亿美元

部署时间:2023年(预计)

工作方法:眩晕枪

利用离子推进器破坏废弃卫星的稳定并将它们挤出其他飞行物的路径,“清理者”与其他许多清除轨道垃圾的概念一样,目的是将碎片强行推入我们的大气层,通过燃烧将其销毁。

“清理者”实际上是为确保太空不发生碰撞而最早执行的任务之一,最初的计划可以追溯到2010年。其创造者俄罗斯能源火箭太空公司尚未分享任何有关该项目的最新消息,因此所有细节都有疑问。能源火箭太空公司计划在2023年前组装并测试这种飞行器。它可能采用核动力,能够在15年内收集并摧毁至少600台报废的发射机。目前尚不清楚它最终是否会变成轨道垃圾——或者是否需要另一台“清理者”将其送回地球。

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