地球轨道净滩行动 清除残骸 卫星升空

人间福报

编译/潘楠慕

太空垃圾数量持续增加,令人怵目惊心。图/法新社

太空垃圾泛指已失去作用的人造天体 ,包括已除役的卫星或宇宙飞船等,有些十分巨大,有的则因为互相碰撞变成小碎片。

太空垃圾有逐渐增加的趋势,据美国太空监测网(U.S. Space Surveillance Network)统计,直径大于十公分的地球轨道天体已超过两万个,其中只有约一千个是还在运作中的宇宙飞船或卫星,其余都是太空垃圾,如果连其他大小的碎片或残骸一起计算,总量则高达五十万个。美国国家研究委员会报告指出,地球轨道已接近能承载的太空垃圾数量的临界点。

这些太空垃圾,会和卫星或宇宙飞船对撞,对太空任务造成威胁,影响人们部署在太空的电信和环境监测系统。举例来说,二○一六年,国际太空站(International Space Station,ISS)的窗户就曾因为遭到太空垃圾碰撞而产生小裂痕。此外,太空垃圾返回大气层时也会对地面城市与人类生活安全造成威胁。

为了解决太空垃圾的问题,由英国主导的太空垃圾清运任务“清除残骸”(Remove Debris)计划今年已然启动,从国际太空站发射的“清除残骸”卫星业已展开测试,希望卫星上搭载的科技,能够把地球轨道上的太空垃圾全部清除。

在“清除残骸”卫星上,搭载一张可以把垃圾拖走的大网子、还有一支每秒能高速发射的鱼叉,并采用视觉导航(Vision Based Navigation,VBN)系统,透过2D摄影机和3D光学雷达技术追踪太空中的残骸。

清除太空垃圾的计划并非首次出现,例如使用机器手臂在太空中抓取。相较之下,“清除残骸”计划的程序较为简单,成本也较低。

“清除残骸”计划是一项跨国合作方案,包括进行卫星释放作业的航天公司NanoRacks。此计划主要由英国萨里大学的萨里太空中心负责,且由萨里卫星科技公司负责组装卫星,但运用的技术有赖欧洲多国的机构协助,欧盟执委会则提供一千五百万欧元资助这项计划。

依据规画,今年十月,任务卫星会先测试能捕捉垃圾的网子,十二月则测试VBN系统,而鱼叉最快需在明年二月才进行测试。

这个实验性计划预定明年三月结束,届时“清除残骸”卫星将脱离飞行轨道,返回地球大气层并燃烧殆尽。研究人员指出,相关的纪录和数据,将透过摄影机传回地球。

萨里太空中心负责人艾里耶提(Guglielmo Aglietti)说:“历经将近五年的研发后,我们终于可以开始实际测试这个令人兴奋的技术。一旦成功,‘清除残骸’所使用的各种技术,就能在不久的将来运用在其他任务上。”

同样参与计划的空中巴士太空系统(Airbus Space Systems)部门负责人查姆西(Nicolas Chamussy)表示:“我们已投入很长一段时间研发创新的系统,在第一现场处理愈来愈严重的太空垃圾问题,希望对永续发展目标有所贡献。我们会继续和全球的团队紧密合作,运用我们的专长,协助处理这个问题。”

太空垃圾重回地球 解析通行大气层过程

太空垃圾数量日益增多,可能成为太空甚至地球的安全威胁,相关的问题渐受重视。不过科学家指出,这些太空垃圾,其实也是研究的理想目标。

依据《自然》期刊报导,科学家们目前已能精准计算出太空垃圾掉落地球的时间与地点,并藉此仿真卫星与其他太空残骸进入地球的情况。

美国亚利桑纳州的卡特里纳天文观测实验室(Catalina Sky Survey)先前就发现了一块朝地球而来的太空垃圾,并将其命名为“WT1190F”。科学家和天文学家发现,“WT1190F”环绕地球的轨道比月球还长,这种状况在太空垃圾中相当罕见,分析这块垃圾是人类造成的,很有可能是美国阿波罗登月任务中的火箭残骸。哈佛大学天体物理学家麦克道威尔(Jonathan McDowell)形容,“WT1190F”就像是太空历史中失落的一块,现在“重回地球”。

麦克道威尔强调,“WT1190F”不会威胁人类,因为它“速度很快,通过大气层时将产生高温,只会剩下一些密度比较高的部分坠入海里”,他也幽默地说,他不会选在那些小残骸坠落的时段,到相关海域钓鱼。

科学家们对“WT1190F”充满期待,希望利用这个机会研究太空物体掉落的情形。欧洲太空总署的天文学家米切利(Marco Micheli)说:“我们的第一目标,是多了解卫星重返地球的过程,以及来自高偏轨道的残骸怎么进入地球。”

他指出:“WT1190F提供了绝佳机会,这可以考验我们是否准备好迎接任何未来可能进入大气层的物体,包含小行星。WT1190F的情况,与小行星进入大气层很像。”

回收太空垃圾 商机无限

欧洲太空总署地面控制中心公布的计算机仿真图像显示,太空垃圾已经让地球上空变成大型垃圾场。有鉴于此,各国开始正视并研究解决之道,一些企业也从中察觉商机。

Nature网站报导指出,对太空中的人造卫星、垃圾及其他物体进行监控的“太空状况感知”(Space Situational Awareness,SAA)技术,原本是由美国军方研发与执行,如今民间企业也积极投入这项侦测技术,抢攻商业大饼。

俄罗斯著名航天专家洛波塔指出,清理一块小小的太空垃圾,代价可能高达两千万至五千万美元。洛波塔预估,二○二○年时,清除太空垃圾的市场规模将达三十亿美元。

洛波塔表示,位于海拔八百公里处的太空垃圾,需要数十年才会自行消灭,地表一千公里以上者则需数百年。因此,人工清除太空垃圾势在必行,商机也因应而生。

一家称为Astroscale的公司,也正瞄准这个市场。创办人冈田光信(Mitsunobu Okada)计划利用一枚俄罗斯火箭,发射一颗重量为五十磅、名为IDEA OSG 1的卫星,卫星所携带的面板,可以测量哪怕是由不到一毫米的碎片,所制造的撞击次数。冈田说,Astroscale会利用这些数据,就各种高度和位置的碎片密集度,绘制出详尽的地图,地图则可卖给卫星运营商和航天机构。

其他企业也试图抓住这个商机,例如日本JAXA和日本最大鱼网制造商Nitto Seimo合作,设计金属网线制成的鱼网,打造出以铝及不锈钢为材质的鱼网,利用金属鱼网在通过地球磁场时产生的电力,以网绳拴住太空垃圾,在不威胁地球的情况下使垃圾在大气层燃烧殆尽。

全日空控股(ANA)则赞助太空垃圾回收作业研发。该公司表示,未来人类的生活空间极有可能移往宇宙,因此将会产生更多太空垃圾,太空垃圾的回收是环保更是商机。创业不再只局限在地球上,外层空间的世界,也能成为创业的契机。

文章来源:http://merit-times.net/2018/07/08/%e5%9c%b0%e7%90%83%e8%bb%8c%e9%81%93%e6%b7%a8%e7%81%98%e8%a1%8c%e5%8b%95-%e6%b8%85%e9%99%a4%e6%ae%98%e9%aa%b8-%e8%a1%9b%e6%98%9f%e5%8d%87%e7%a9%ba/