轨道碎片泛滥成灾，哪些高科技可能完成“太空大扫除”？
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撰文：Justin Bachman
随着轨道碎片成倍增加，科学家们正在抓紧寻找清理太空的可行之道
“现在把东西放入轨道很容易，但要把它弄出来，简直难于上青天”
危险潜伏在地球的轨道上，因为成千上万的漂浮物正在这个星球周围飞驰，而你不能叫人开着卡车来将它们清理干净。
这些漂浮物不是流浪的鹅卵石，而是人类在前苏联人造地球卫星Sputnik横空出世（1957年10月）后的60年间发射到太空的所有垃圾留下的碎片，从细小的金属片到块头巨大的通信卫星，不一而足。所有这些垃圾正在以每小时数千英里的速度疾驰在太空。
前苏联人造地球卫星Sputnik
对于太空运营商来说，一个基本步骤是追踪碎片，为太空运载工具扫清障碍，无论它们是无人卫星、载人火箭，还是国际空间站。然而，太空的某些高度未来将可能需要更积极主动的清理措施，就如同派一位好心的亲戚去清空叔叔的车库，以免它成为火灾隐患一样。
航空航天公司(Aerospace Corp.)研究员比尔·艾尔(Bill Ailor)表示：
“现在把东西放入轨道很容易，但要把它弄出来，简直难于上青天。”
”
这些超速行驶的物体——其中一些的时速高达每小时2.9万公里——有可能环绕地球疾驰数百年。与此同时，2007年至2017年，低地球轨道的垃圾增长得更快。
2009年2月，一颗重0.8吨的俄罗斯宇宙卫星不慎与一颗重0.5吨的铱星通信公司(Iridium Communications Inc.)卫星相撞。这场发生在西伯利亚上空780公里的坠毁事故造成了更多的轨道垃圾，其中大部分现在笼罩在地球上空。
俄罗斯宇宙卫星与铱星通信公司卫星相撞模拟图
随着时间的推移，更多的卫星发射升空，再加上时不时的空中碰撞，这些稳步增加的太空碎片很可能将迫近一个临界值。
太空垃圾的加速积累有可能引发一种被称为凯斯勒综合征(Kessler Syndrome)的“碰撞级联”效应。
这种以美国宇航局(NASA)天文物理学家唐纳德·凯斯勒(Donald Kessler)命名的现象，发生在飞行垃圾碰撞并产生更多垃圾的时候——在一篇发表于1978年的论文中，凯斯勒对这种场景进行了详细描述。最终，低地球轨道变得没有商业利用价值。
凯斯勒综合征模拟图
这与好莱坞大片《地心引力》(Gravity)的情节颇为相似，只是没有科幻作品固有的那种戏剧场景。
随着政府资助的太空探索活动逐渐让位于私营企业，追踪已有的太空垃圾也成为了一门生意。现在，一些公司正在酝酿用各种方式来清理垃圾成堆的“太空车库”。
每一位稍稍思考过这个问题的人都会承认，仅仅为拦截和捕获垃圾而发射卫星是极其昂贵的。这个新生的研究领域至少有两个基本规则：
1. 不要再造成碎片；
2. 务必要留意预算。
大多数人喜欢将地球的大气层作为解决方案的一部分，即让太空垃圾在燃烧中毁灭。以下是几种正在研究的垃圾清除方法。
超薄航天器
规格仅为0.9x0.9米，重量只有100克的Brane Craft，是你见过的最薄的航天器。
它是总部位于加州埃尔塞贡多的航空研究和防务承包商航空航天公司(Aerospace Corp.)高级科学家齐格弗里德·詹森(Siegfried Janson)的杰作。
这款航天器能够包围一个物体，增添足够的牵引来降低它的运行轨道，然后将其送入大气层中。如果它还有足够的燃料，Brane Craft就会继续追寻下一个物体。
航空航天公司的超薄航天器Brane Craft
近期，美国宇航局的“创新先进概念计划”(Innovative Advanced Concepts Program)授予航空航天公司另外50万美元，以资助其继续研究Brane Craft。它是由一种名为Kapton、广泛应用于航天器的高级薄膜制作而成，这种薄膜的厚度还不到人类头发的一半。
3月，詹森在航空航天公司总部接受采访时表示，这款航天器推进了一项“旨在消灭一个维度”的设计目标。它配备微小的太阳能电池、离子液体推进剂，以及附着于Kapton薄膜的导航和“电喷雾推进器”。燃料占其总质量的三分之一。
詹森表示，“一个让科学家群体惊恐的事实是，太空垃圾的数量在持续增长。30年后，这可能会演变为一个大问题。”
这些超薄航天器通过一个直径1.5米的强固金属罐发射升空——可同时发射500个。詹森估计，Brane Craft必须要承受比子弹更快的物体多达40次的穿透，并且仍然能继续运行。它也必须可以硬化以承受空间辐射的影响。
轨道清扫车
艾德-阿斯特拉火箭公司(Ad Astra Rocket Co.)正在建造一种等离子火箭，旨在使航天飞行比现有的化学燃烧设计更快更便宜。
它是一艘携带一次性火箭的太阳能电动拖船，由等离子电机驱动，以便在大块碎片附近进行操纵。小型推进器附着于拖船上的一辆服务车，将它推向一个与太空垃圾的会合处。对接上漂浮的物体后，它会将这些碎片返回到南太平洋上空进行受控燃烧，或者将其放置在一个更高的“墓地”轨道上。
艾德-阿特拉火箭公司的等离子火箭
艾德-阿斯特拉火箭公司首席执行官张福林(Franklin Chang Diaz)是一位物理学家，曾经担任美国宇航局宇航员。他说，“我们正在开发一套可以让你多次使用的推进系统。这是它与其他轨道碎片清除概念不一样的地方。等离子引擎能够让你在单个任务中进行多次清除。”
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等离子火箭是碎片清扫车和该公司其他深度太空探索创意的关键环节。
2017年6月，艾德-阿斯特拉火箭公司打算在其位于得克萨斯州韦伯斯特的总部进行1小时地面点火实验，并计划在2018年进行一场长达100个小时的全功率燃烧。
太空缆索
日本宇宙航空研究开发机构(JAXA )正在研究一种电气化的太空缆索将物体推出轨道的可能性。
白鹳号集成缆索实验
白鹳号集成缆索实验项目(KITE)在1月进行的首次测试以失败告终：在JAXA启动了一项重新补给空间站的任务之后，长约700米的缆索未能部署到位。
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该测试旨在形成一个磁场，吸引空间碎片，然后将其从轨道推入大气层以进行破坏。这条缆索是借助日东制网株式会社(Nitto Seimo)的专长制造的。
太空清扫车和吊索卫星
卫星之所以没有被用来收集太空垃圾，是因为它们的燃料成本极其昂贵。
德州农工大学(Texas A&M University)研究人员采用的太空清扫车/吊索卫星方式，寻求攻克这道难题。他们在探讨让卫星准备根除的碎片为卫星提供部分动力。
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这款航天器能够吸收太空垃圾，然后将其弹出，并借助源自这两种相互作用的动力，飞向下一个垃圾。此外，使用两个连接在卫星可调节臂膀末端的“吊索”，也可以让清扫操作者确定释放碎片的最佳时间和飞行轨迹。
编辑：高怡然、王倩
翻译：任文科
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