太空垃圾，會阻礙人類的星辰大海之路嗎？_NAS:NAS幣ASA幣

劃重點

★太空垃圾如果雪崩式增長，會阻礙人類的星辰大海之路。

★太空垃圾的低成本高效清理，是我們面臨的一個技術挑戰。

“保羅和我利用助推器靠近了它，正在拴連結繩的時候，保羅的面罩上突然出現了一個洞……空氣從面罩中沖出來，他一下子就飛出去老遠，我只好眼睜睜地看著他旋轉……在他的嘴角右側，有個一元硬幣大小的窟窿，正是這個洞使他顯出一張怪異的大嘴。不過他確實臉帶笑意，他肯定是在一瞬間失去了生命，那瞬間的微笑就凝固成為永恒。仿佛在昭示：生命是多么的脆弱。”

幸好，上面這起慘烈的太空事故，只是袁英培的小說《太空神風》中虛構的情節。但如果我們不早點開始應對太空垃圾的威脅，這種場景只怕以后就會成真。

太空資源和探索黑客松首輪資助名單公布，第二輪申請通道已開放:6月14日消息，由DoraHacks組織的太空資源和探索黑客松(Space Resource and Exploration Hackathon)首輪資助名單已在全球極客運動平臺DoraHacks.io公布。本輪將資助兩個月球資源利用領域的項目，分別為月球任務控制中心SpaceRadar和來自倫敦帝國理工學院的ETW system for the beneficiation process of ISRU (用于分離和運輸月球粒子的靜電行波系統)。第二輪申請通道已開放。第二輪項目提交截止時間為8月11 日。

DoraHacks將長期主辦太空資源和探索黑客松，支持太空探索道路上的創新開源技術團隊。[2023/6/14 21:35:51]

在STS-126中丟失的工具包

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太空垃圾為何如此致命？

洛克希德馬丁公司和 Filecoin 基金會探索在太空中托管區塊鏈節點:金色財經報道，國防承包商洛克希德馬丁公司 (LMT) 和 Filecoin 基金會可能很快就會在太空中建立一個開源區塊鏈網絡，這兩個組織周一在 Filecoin 基金會主辦的世界經濟論壇年度會議期間宣布。

洛克希德和 Filecoin 計劃確定一個衛星或其他航天平臺，這些平臺可以擁有運行星際文件系統 (IPFS) 節點的技術，確定該平臺的需求并嘗試確定一項測試任務。Protocol Labs 的政策主管兼總法律顧問 Marta Belcher 表示，這個想法是為了減少從月球等遠程位置下載數據時的延遲。（Coindesk）[2022/5/24 3:36:49]

可能有的朋友會奇怪，太空中這些垃圾，感覺比日常生活中的垃圾好像也高不到哪兒去啊？能有什么危害呢？無非就是看到大塊的垃圾躲開，小渣渣直接無視就行了唄？

道理其實很簡單，那就是速度，同樣是一顆子彈，別人用手扔給你，你很輕松就能接住，但如果是從槍膛里以數百米每秒的速度射向你，那就得出人命了，而太空垃圾的運動速度，遠超槍彈。

美國太空軍將推出一系列NFT:金色財經報道，美國太空軍正在發布一系列NFT。USSF表示，其已經與面向社區的NFT代幣平臺Ethernity Chain合作，發布專為GPS III的第五個運載工具設計的補丁和貨幣的數字版本。這些NFT將以衛星為特色，包括運載火箭、宇航服和其他標志性圖像。 根據Ethernity Chain的說法，這些NFT將是交互式增強現實代幣，其中之一將以3D描繪27顆衛星繞地球運行為特色。衛星NFT的開標價為1美元，收藏品在25到100件之間，價格從100美元到1000美元不等。[2021/6/15 23:36:21]

太空垃圾之所以會對在軌航天器產生致命威脅，正是由于空間碎片的高速碰撞。相對地球來說，太空垃圾本身的速度常超過7.5km/s，而步槍的子彈速度只有大約1km/s，太空垃圾有可能和空間飛行器發生對撞，最高速度可以高達15km/s。別看一個大小在厘米尺度的空間碎片不起眼，但已足夠摧毀整顆衛星。即使是毫米尺度的碎片，也有可能癱瘓衛星。

動態 | XYO宣布使用SpaceX將首個區塊鏈衛星發送到太空:據blokt報道，XYO網絡周二宣布將使用SpaceX的Falcon 9將其第一個區塊鏈衛星EtherX發送到太空。[2018/12/13]

美國航天飛機上的撞擊坑

俄羅斯和平號空間站上被太空垃圾破壞的太陽能電池板

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如何防范太空垃圾造成的意外？

人們提出了4種辦法，用于防范太空垃圾造成意外破壞。分別是監測和預警、碰撞規避和防護、離軌和棄置策略以及主動清除。

太空鏈發布官方公告致歉閻焱 并表示將每周持續更新項目進展:此前，太空鏈SPC（Space Chain）依靠薛蠻子、閻焱、帥初等一票大佬站臺，以一天時間完成10億人民幣私募，隨后價格大面積破發，引發用戶大規模維權。閻焱曾對媒體回應：“我和太空鏈沒有任何關系，我連太空鏈是什么都不知道，我已委托律師聯系他們。”今日，天空鏈針對此事做出回應，正式向閻焱道歉，并表示天空鏈項方將繼續運行，將會持續地向用戶更新每周進展，繼續努力完成使命。[2018/3/20]

監測和預警

對空間碎片保持監測，并對其進行編目和碰撞預警是降低空間碎片撞擊風險的第一步。各個航天大國都建有空間監測網絡，如美國空間監測網絡(SpaceSurveillanceNetwork)，既包括天基的衛星平臺，也包括地面的雷達、光學望遠鏡。

美國兩代空間目標監測“空間籬笆”。

左圖：部署在美國本土的第一代，右圖：部署在海外的第二代

碰撞規避和防護

碰撞規避和防護是通過“躲”和“防”的方式應對可能出現的太空垃圾碰撞威脅。當在軌航天器與較大的空間碎片或其他物體存在較高的碰撞風險時，通過變軌離開碰撞軌道是最簡單直接的規避方法。但以消耗燃料、損失其工作壽命為代價。從1999年部署至2020年9月，國際空間站為規避空間碎片共變軌28次，其中2020年1月至9月共執行3次碰撞規避變軌。

對于更小的碎片，可以通過提升航天器自身防護水平以直接抵抗空間碎片的撞擊。

與常識相反，單純增加航天器外殼的厚度并不是高效的做法，很多時候采用的是FredWhipple早在1947年針對空間微流星體提出的多層防護措施。Whipple提出微流星體在擊穿一塊厚度與自身尺度相當的材料后會因高溫而氣化和電離，因此只需在航天器外1英寸的距離上包裹一層約6—7mm厚的材料，即可防護空間微流星體的撞擊。這一防護措施被稱為Whipple防護。目前，國際空間站和我國的天宮空間站，均裝有Whipple防護板。

左側為模擬只加厚倉壁，而右側則為加上Whipple防護板的效果，圖片來自NASA

離軌和棄置

由于大氣阻力作用，低軌衛星會在阻力作用下自然降低軌道。低軌衛星在工作壽命結束后，如果25年內可以再入大氣隕落，則不需要處置。如果軌道高度不太低，需要采取適當的離軌措施降低軌道，遵照25年內隕落的建議。

對于地球靜止軌道衛星，工作壽命結束后可以抬高軌道至“墳墓軌道”。墳墓軌道可以保證被棄置的衛星不與正常的靜止軌道相交，確保靜止軌道工作衛星的安全。除此以外，為了進一步減緩空間碎片，減少不必要的解體事件，航天器或火箭體在棄置時需要耗盡內部能源，包括：(1)排空或燃盡推進劑；(2)電池放空電量；(3)釋放艙內壓力。

主動清除

對于近地空間越來越多的空間碎片，比較合適的處置方式是主動將其清除。目前主動清除尚在理論研究和實驗階段，常見的方案包括附著后推離軌道、柔性網拖離軌道、激光燒蝕反推離軌等。

04

為了星辰大海，垃圾真的不能再增加了

目前編目在冊的空間碎片已超過2萬個，而受觀測手段限制尚不能跟蹤到的厘米以下更小的碎片則超過1億。其實早在20世紀70年代就有科學家提出，衛星等航天器因碰撞而解體，可能由此引發連鎖反應。

NASA約翰遜航天中心軌道碎片項目辦公室統計的各類型較大碎片的數目

這就是大家所熟知的“凱斯勒效應”(Kesslersyndrome)。簡單來說就是除非大尺寸廢棄物體的數量顯著降低，否則隨著物體間隨機碰撞的發生，碰撞產生的碎片將成為新碎片的重要來源，發生類似原子彈爆炸的鏈式反應，碰撞越來越多。太空垃圾逐漸包圍地球，使得新的航天發射無法進行。

太空垃圾如果數量過多，超過了臨界密度，發生“凱斯勒效應”，從而雪崩式增長，將會阻礙人類的星辰大海之路。

為此，美國、歐洲、俄羅斯，還有我國都在發展太空垃圾主動清除技術。太空垃圾的低成本高效清理，是我們面臨的一個技術挑戰。相信以后隨著人類太空活動的增加，將會出現像小說《太空神風》以及動漫《星空清理者》中的太空垃圾回收行業。

作者|周炳紅中國航天科普大使，空間科學傳播專家工作室副主任，中國科學院國家空間科學中心研究員

審核|劉勇中國航天科普大使，中國科學院國家空間科學中心研究員，博士生導師，美國新罕布什爾大學理學博士，中國科普作家協會理事，航天科技教育聯盟特約專家

責編|丁崝

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