向垃圾宣戰(zhàn)！2050年，太空回收站有望清理100萬顆太空垃圾

編者注：本文作者是諾丁漢大學（University of Nottingham）基礎工程和物理科學教學副教授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2.2萬個大型物體環(huán)繞著地球運轉(zhuǎn)。如果把所有所有物體計算在內(nèi)，上至宇航員在太空遨游時丟棄的設備，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100萬顆太空垃圾。

當然，這個數(shù)字可能也只是保守估計。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越大。一顆衛(wèi)星的故障可能導致電視信號異常，增大天氣預報的誤差，造成飛機無法正常航行，或者人們很有可能根本意識不到一場龍卷風正在逼近。

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

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)星相對于地球上方的某一點靜止，因此這使得它們對天氣預報和通信的作用巨大。

異常擁擠的近地軌道極大地增加了碰撞風險，碎片數(shù)量之大使其足以與其他衛(wèi)星相撞，而碎片數(shù)量也由于連鎖反應越來越多。最終，整個軌道可能由于碎片過量陷入癱瘓。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)處于開發(fā)和測試階段。然而，對地球同步軌道而言，情況要復雜得多。

在地球靜止軌道，當一顆衛(wèi)星的生命接近尾聲時，其所有者會將其置于一個更高的“墓地”軌道上，使其漂浮在距離國際商定保護區(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)星能夠進入“墓地”軌道。剩下的20%則需緊急處理，此時，太空回收設施就發(fā)揮了作用。

“墓地”軌道實際上相當于一個無人看管的廢棄垃圾場，明亮的閃光依稀可見。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，并對軌道上的衛(wèi)星產(chǎn)生威脅。

當前的法律并不支持集體解決太空垃圾問題。哪怕一顆失控的衛(wèi)星正朝著一顆運行正常、價值數(shù)十億美元的衛(wèi)星飛去，國際協(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，即便可能僅需一架無人機介入就能將其送入“墓地”軌道。

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

回收衛(wèi)星不僅可以為更多的太空建設提供原材料，還可以為其提供資金來源。研究表明，在離地球150公里遠的軌道上，Gateway Earth可以進入整個地球靜止軌道。必要時，整個衛(wèi)星都可以由太空無人機送入太空回收中心進行處理。

提供這些服務每年可創(chuàng)收逾80億美元，但是相應的太空回收法早已過時、有待修改。幸運的是，聯(lián)合國正在為此努力。

即使衛(wèi)星無法繼續(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的照相機，這樣一來，就可以監(jiān)測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)務的驚人增長，在軌道上建立一個能夠管理所有衛(wèi)星的前哨站將變得至關(guān)重要。

在未來，Gateway Earth有望成為太空酒店、衛(wèi)星和航天器設施，以及行星間的航天器燃料中心。我們需要一個類似于“藍色星球2（Blue Planet 2）”的機遇，向人類敲響警鐘。雖然來日方長，但是清理地球軌道的計劃必須馬上付諸行動。在未來十年內(nèi)，計劃將發(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險。

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