美国空间碎片清除法案（ClearSpace-1任务：太空清理计划的开拓者）

本文目录

• ClearSpace-1任务：太空清理计划的开拓者
• 处理“太空垃圾”迫在眉睫
• 太空垃圾越来越多，怎样更好地清除太空垃圾

ClearSpace-1任务：太空清理计划的开拓者

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原作：Team SY

翻译：杨欣冉

校对：黄雪妮

编排：王招君

后台：库特莉亚芙卡、李子琦、徐⑨坤、胡永葳

原文链接：

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由欧空局（European Space Agency，欧洲空间局）与瑞士初创公司ClearSpace合作开展的ClearSpace-1任务将发射一艘的航天器，用于清除地球轨道上的空间碎片。有着太空碎片清除计划的拓荒者之称的ClearSpace-1任务，将携带一个像机器人一样具有四个机械臂的航天器。此次任务的清除目标是2013年Arianespace公司第二次Vega任务遗弃在太空中的VESPA适配器（二级有效载荷适配器VEga）。该任务计划将VESPA移到离地球大气层更近的位置，从而使其燃烧自毁。下面让我们一起来看看散落在地球空间的碎片是由什么组成的以及其可能的解决方案吧。

什么是ClearSpace-1任务？

为了清除太空碎片，欧空局与ClearSpace签署了一项价值1.05亿美元的协议。这艘500公斤重的ClearSpace-1驱逐者飞船计划在2025年由Vega-C火箭发射。

ClearSpace-1任务的目的

根据欧空局的“空间清理计划”，ClearSpace航天器将捕获VESPA的上部，该VESPA于2013年在Vega运载火箭中使用，之后被留在“逐步处置”轨道（也称为垃圾轨道或墓地轨道）。驱逐者飞船的任务是将VESPA从其原本的轨道中回收并移送至更靠近地球大气层的位置，从而使其燃烧自毁。为了捕获目标，“机器人”航天器配备了四个铰接触手，并通过机载摄像头、雷达和激光雷达进行路径引导。在工程方面，ClearSpace将得到土卫二航天公司（Deimos Space），APCO-Technologies，瑞典OHB公司，空中客车和卫星应用弹射的协助。

是什么造成了太空碎片？

空间碎片也被称为太空垃圾，简单来说，它们是人造物品，例如现在已经报废的卫星和火箭。在处理空间碎片时，重点是去除地球轨道上的碎片。太空碎片还包括在任务发射或太空行走过程中可能发生腐蚀和分解的人造太空物体。所有的这些小零件会随着时间的推移而积累，并形成绕地球运行的庞然大物，它们没有实际的用途。太空碎片可能与现役卫星相撞，甚至使其直接报废。因此，我们需要找到适当的方法去解决这方面的问题，而ClearSpace-1就是减轻太空碎片问题的关键一步。

太空碎片的清除与管理

随着越来越多的卫星发射，太空已变得十分拥挤。各个航天机构发射的卫星群给他们带来了自豪，但另一方面，缺乏有效的空间交通管理也为他们敲响了警钟。为了创造一个安全、可持续发展的太空环境，我们必须看到问题的另一面，并思考如何消除卫星相撞的可能性。制定政策来规范和管理太空交通是当务之急。

欧空局在捕获和处理太空垃圾方面所作出的 探索 和行动值得敬佩。太空为我们提供了无限的机遇，但以谨慎的方式利用太空资源，才能配得上“人类是世界上最智慧的物种”的美誉。

处理“太空垃圾”迫在眉睫

几个世纪以来，天文学家一直惊叹于复杂的 星座 、一扫而过的彗星和月球的稳定相位。然而，从20世纪50年代开始人类首次突破地球大气层后的60年里，天空被一些不那么令人兴奋的东西挤满：这就是“太空垃圾”。

太空专家表示，目前至少有2.5万个物体正在地球上空疾驰，包括废弃的火箭助推器、报废的卫星和各种太空任务完成后解体的微小碎片，其中一些物体的速度达到每秒8公里。碎片不断增加，撞击到其他碎片上，造成更多碎片，将仍在运行的航天器置于危险中。

如果不清理现有的碎片以防止进一步积累，这样的碰撞很可能会呈指数级增长。由此产生的积聚使轨道条件变得危险，威胁到宇航员的生命，并危及有价值的太空技术和研究。整个轨道可能会受到污染，无法使用。

航天大国需要优先考虑这一问题，以确保未来几代人的空间经济安全和可持续性，但这将需要大规模合作并有赖于大量创新。

共同的“烂摊子”，共担责任

2021年，俄罗斯反卫星试验产生的碎片导致国际空间站（ISS）上的机组人员躲在太空舱里，随时准备疏散。虽然他们当时安然无恙，但在今年早些时候，一块碎片在国际空间站的一个机械臂的隔热罩上刺穿了一个5毫米宽的洞。

从油漆桶大小的碎片到校车大小的助推器，近地轨道上的“太空垃圾”对科学家数十年的研究和 探索 努力构成了几乎不可估量的风险。随着像美国太空 探索 技术公司（SpaceX）的“星链”（Starlink）这样的巨型卫星网络继续发射，这种风险比以往任何时候都要大。

LeoLabs是一家隶属于斯坦福大学国际研究院的 科技 初创企业，该公司高级技术研究员达伦·麦克奈特（Darren McKnight）认识到应对这一挑战的必要性。他说，这需要领导力，但他表示，为什么我们不能合作清理越积越多的“烂摊子”？

解决方案：四臂机器人VS.磁铁卫星

签署方包括空中客车公司和洛克希德-马丁公司，以及其他许多在航天制造和旅行领域的知名企业。一些签署方与全球未来空间理事会集思广益，提出了防止碰撞的“统一交通管理系统”，商定了所有利益攸关方坚持的可持续性政策，并为退役卫星和其他碎片创造了报废清除技术。

欧洲航天局（ESA）已经在努力清理近地轨道，近地轨道的碎片构成了最大威胁。该机构选择了瑞士公司ClearSpace，签署一份价值1.04亿美元的合同，以捕获大型碎片并使其脱轨。首席工程师穆里尔·理查兹（Muriel Richards）表示，计划于2025年启动空间碎片清除任务，发射名为ClearSpace-1的四臂机器人，它将像爪子一样运行。

“碎片物体会随机翻滚，”理查兹说，“机器人的动作要与物体的速度相匹配，减慢翻滚速度，然后抓住它。最后，机器人把自己放在一个回到大气层的轨道上。”将碎片带入地球大气层，会使它们燃烧或无害地降落到太平洋上。

另一家日本太空初创公司AstroScale也在进行类似的项目。AstroScale正在开发一种名为ELSA-d的航天器，重达200公斤，这将是世界上第一颗使用磁铁收集太空垃圾的卫星，与美国太空部队的“轨道原动力计划”相联系。

另类方案：“就地取材”重新利用

其他计划包括将碎片进一步送入“墓地轨道”，在那里它们不能干扰大多数太空旅行和现有的卫星或太空望远镜。一些工程师希望，更大的物体，如报废的火箭机身，可以被重新用于小型空间站。旅行者太空公司旗下的NanoRack公司高级副总裁马歇尔·史密斯（Marshall Smith）认为，这可能是处理碎片的一种经济高效的方式。他们目前正在研究在太空中焊接的工作原理，以便在不需要返回地球的情况下，可以将轨道上的材料投入使用。

至于较小的物体，比如那些已经损坏了的国际空间站碎片，对于正在服役的宇宙飞船和卫星而言仍有责任进行导航，以避免潜在的撞击。限制更多微小碎片的产生也是至关重要的。航海者航天控股公司董事长兼首席执行官迪伦·泰勒（Dylan Taylor）撰文称，在地球上，这意味着国家和私人企业之间的全球合作，必须不惜一切代价避免重演Iridium碰撞事故或反卫星试验碰撞事件。

一些公司甚至与世界经济论坛合作，创建空间可持续发展评级(SSR)，预计将于2022年推出。任何组织在执行任务期间自愿提交关于其可持续性工作的表格，都将根据任务的碎片缓解方法、为避免碰撞而采取的措施、与国际准则的一致性等情况获得分数。泰勒希望SSR将鼓励整个行业减少浪费和提高透明度。

警告“凯斯勒综合征”实时上演

欧洲航天局警告，如果世界“一切照旧”，我们可能会看到“凯斯勒综合征”实时上演。该术语以美国宇航局前科学家唐纳德·凯斯勒（Donald Kessler）的名字命名，描述了一种潜在的灾难性多米诺骨牌效应，类似于2013年科幻电影《地心引力》中虚构的碎片风暴。

“卫星碰撞会产生轨道碎片，每一次碰撞都会增加进一步碰撞的可能性，导致地球周围碎片带的增长，”凯斯勒在1978年写道，“这样的地球轨道带中的碎片通量可能会超过自然流星体的通量，影响未来的航天器设计。”

接受这一挑战，意味着要拯救生命和敢于耗费金钱。此外，它还可以促进更强劲的空间经济。用于清洁太空和防撞目的的新型工具，如ELSA-d或ClearSpace-1，将需要无限期地维护，对碎片负责将使卫星制造商、商业宇航员和空间组织感到放心：太空旅行是安全的。

泰勒表示，抓紧时间清理太空垃圾将表明太空行业对可持续发展的承诺，并为未来的空间发展铺平道路。

太空垃圾越来越多，怎样更好地清除太空垃圾

你知道什么是太空垃圾嘛？生活垃圾我们可以祛除，但是远在高空的太空垃圾要如何清理呢？要知道太空人类一直在往上发射东西，特别是这些年极微型卫星 / 立方星（CubeSat）又开始流行，不止我们中国一个国家制造，所以就有更多产生太空垃圾的机会了。而且太空垃圾也还是会逐渐丧失速度、掉轨道，最后再入大气层的，只是需要时间，有可能在未来天空上掉下来的陨石就是发射器呢，各国也都在想办法，计划如何清楚太空垃圾。那么问题来了，太空垃圾越来越多，怎样更好地清除太空垃圾？

1、太空回收飞行器

其实人类呢，其实也有想过太空飞船打捞太空垃圾，但是呢打捞的成本也很高，但是考虑到航天器遇上垃圾后的代价，不做也得做。不过目前的策略是尽可能的回收使用过的道具，不仅是节约成本还有减少太空垃圾的考量。运用可降解的材料之类的想法 或许以后可以实现。

2、激光清楚太空垃圾

“天基激光站清除小尺寸空间碎片对轨道要素的影响”的论文，描述了如何利用天基激光器将空间碎片辐照为较小的、危害较低的碎片。其实，用天基激光器消除太空垃圾是一个国际性研究热点，国内外都在进行理论研究。激光辐射法是目前国内外移除小尺寸空间碎片的最有前景的方法之一，也是当前各方研究的重点。

后记：如今，各国都认识到了清理太空垃圾的重要性。然而由于现有的技术手段进行空间碎片的清理都会花费过高的成本，现在主要还是采取减缓其增长的措施。主动的清理都处于设想与技术试验阶段，然而随着太空垃圾清理迫切性的逐渐增强以及技术的进步，这一领域的研究将产生巨大的军事与商业价值。