向垃圾宣戰(zhàn)！2050年，太空回收站有望清理100萬(wàn)顆太空垃圾

編者注：本文作者是諾丁漢大學(xué)（University of Nottingham）基礎(chǔ)工程和物理科學(xué)教學(xué)副教授Jez Turner。

包括工作衛(wèi)星、“退休”衛(wèi)星以及曾用于宇宙探索的舊火箭在內(nèi)，大約有2.2萬(wàn)個(gè)大型物體環(huán)繞著地球運(yùn)轉(zhuǎn)。如果把所有所有物體計(jì)算在內(nèi)，上至宇航員在太空遨游時(shí)丟棄的設(shè)備，下至衛(wèi)星碰撞產(chǎn)生大小約為1厘米的碎片，那么地球軌道上大約有100萬(wàn)顆太空垃圾。

當(dāng)然，這個(gè)數(shù)字可能也只是保守估計(jì)。隨著衛(wèi)星和火箭發(fā)射數(shù)量逐年上漲，它們與太空垃圾相撞的可能性也越來(lái)越大。一顆衛(wèi)星的故障可能導(dǎo)致電視信號(hào)異常，增大天氣預(yù)報(bào)的誤差，造成飛機(jī)無(wú)法正常航行，或者人們很有可能根本意識(shí)不到一場(chǎng)龍卷風(fēng)正在逼近。

清理太空垃圾無(wú)法一蹴而就，一個(gè)長(zhǎng)期的解決方案迫在眉睫。一個(gè)由世界各地大學(xué)學(xué)者組成的聯(lián)盟——Gateway Earth Development Group提議，將這一潛在的災(zāi)難轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N資源：一個(gè)可以回收舊衛(wèi)星和其他垃圾的全功能空間站——Gateway Earth將于2050年前啟動(dòng)并運(yùn)行。

衛(wèi)星的主要軌道有兩種：近地軌道（LEO）和地球同步軌道（GEO）。近地軌道與距球相距約200至1000公里，國(guó)際空間站和數(shù)千顆其他衛(wèi)星每90分鐘在此環(huán)繞地球一周。地球同步軌道則位于3.6萬(wàn)公里的高空，作用力使衛(wèi)星停留在軌道內(nèi)相同的位置。地球同步軌道上的衛(wèi)星相對(duì)于地球上方的某一點(diǎn)靜止，因此這使得它們對(duì)天氣預(yù)報(bào)和通信的作用巨大。

異常擁擠的近地軌道極大地增加了碰撞風(fēng)險(xiǎn)，碎片數(shù)量之大使其足以與其他衛(wèi)星相撞，而碎片數(shù)量也由于連鎖反應(yīng)越來(lái)越多。最終，整個(gè)軌道可能由于碎片過(guò)量陷入癱瘓。目前，盡管大量碎片已經(jīng)散落在近地軌道，但是碎片移除技術(shù)也已經(jīng)處于開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段。然而，對(duì)地球同步軌道而言，情況要復(fù)雜得多。

在地球靜止軌道，當(dāng)一顆衛(wèi)星的生命接近尾聲時(shí)，其所有者會(huì)將其置于一個(gè)更高的“墓地”軌道上，使其漂浮在距離國(guó)際商定保護(hù)區(qū)約300至400公里處。但是在地球靜止軌道中，只有80%的“退休”衛(wèi)星能夠進(jìn)入“墓地”軌道。剩下的20%則需緊急處理，此時(shí)，太空回收設(shè)施就發(fā)揮了作用。

“墓地”軌道實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)無(wú)人看管的廢棄垃圾場(chǎng)，明亮的閃光依稀可見(jiàn)。據(jù)稱，未用盡的燃料或未降解的電池可能引發(fā)衛(wèi)星爆炸，而爆炸碎片將落回地球靜止軌道，并對(duì)軌道上的衛(wèi)星產(chǎn)生威脅。

當(dāng)前的法律并不支持集體解決太空垃圾問(wèn)題。哪怕一顆失控的衛(wèi)星正朝著一顆運(yùn)行正常、價(jià)值數(shù)十億美元的衛(wèi)星飛去，國(guó)際協(xié)議也禁止在未經(jīng)衛(wèi)星所有者許可的情況下采取行動(dòng)，即便可能僅需一架無(wú)人機(jī)介入就能將其送入“墓地”軌道。

通過(guò)修復(fù)、再利用或回收地球軌道上的衛(wèi)星和“太空垃圾”，這種材料可以用來(lái)建造未來(lái)的航天器或探測(cè)前哨站，比如月球基地。使用漂浮的垃圾不僅免去了發(fā)射成本，同時(shí)減少了太空垃圾。這相當(dāng)于在英國(guó)建造房屋時(shí)就地取材，而不是從澳大利亞進(jìn)口磚塊。

回收衛(wèi)星不僅可以為更多的太空建設(shè)提供原材料，還可以為其提供資金來(lái)源。研究表明，在離地球150公里遠(yuǎn)的軌道上，Gateway Earth可以進(jìn)入整個(gè)地球靜止軌道。必要時(shí)，整個(gè)衛(wèi)星都可以由太空無(wú)人機(jī)送入太空回收中心進(jìn)行處理。

提供這些服務(wù)每年可創(chuàng)收逾80億美元，但是相應(yīng)的太空回收法早已過(guò)時(shí)、有待修改。幸運(yùn)的是，聯(lián)合國(guó)正在為此努力。

即使衛(wèi)星無(wú)法繼續(xù)使用，但外殼另有用處。從太空垃圾中回收的一些材料經(jīng)過(guò)研磨，可用于Gateway Earth的三維打印輻射屏障。研究表明，15年后，廢棄衛(wèi)星太陽(yáng)能電池板的效率下降到24%左右。因此，可以收集這些電池板為空間站提供動(dòng)力。

Gateway Earth或新衛(wèi)星上可以重新安裝一些在太空中制造的最先進(jìn)的照相機(jī)，這樣一來(lái)，就可以監(jiān)測(cè)出太空中可能與地球相撞的小行星。隨著衛(wèi)星部署和使用業(yè)務(wù)的驚人增長(zhǎng)，在軌道上建立一個(gè)能夠管理所有衛(wèi)星的前哨站將變得至關(guān)重要。

在未來(lái)，Gateway Earth有望成為太空酒店、衛(wèi)星和航天器設(shè)施，以及行星間的航天器燃料中心。我們需要一個(gè)類(lèi)似于“藍(lán)色星球2（Blue Planet 2）”的機(jī)遇，向人類(lèi)敲響警鐘。雖然來(lái)日方長(zhǎng)，但是清理地球軌道的計(jì)劃必須馬上付諸行動(dòng)。在未來(lái)十年內(nèi)，計(jì)劃將發(fā)射150顆新的地球靜止軌道衛(wèi)星，這將大大增加碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

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