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向垃圾宣战!2050年,太空回收站有望清理100万颗太空垃圾

2019-8-6 18:56:25来源:猎云网作者:张璐璐责编:骑士评论:

编者注:本文作者是诺丁汉大学(University of Nottingham)基础工程和物理科学教学副教授Jez Turner。

包括工作卫星、“退休”卫星以及曾用于宇宙探索的旧火箭在内,大约有2.2万个大型物体环绕着地球运转。如果把所有所有物体计算在内,上至宇航员在太空遨游时丢弃的设备,下至卫星碰撞产生大小约为1厘米的碎片,那么地球轨道上大约有100万颗太空垃圾。

当然,这个数字可能也只是保守估计。随着卫星和火箭发射数量逐年上涨,它们与太空垃圾相撞的可能性也越来越大。一颗卫星的故障可能导致电视信号异常,增大天气预报的误差,造成飞机无法正常航行,或者人们很有可能根本意识不到一场龙卷风正在逼近。

清理太空垃圾无法一蹴而就,一个长期的解决方案迫在眉睫。一个由世界各地大学学者组成的联盟——Gateway Earth Development Group提议,将这一潜在的灾难转变为一种资源:一个可以回收旧卫星和其他垃圾的全功能空间站——Gateway Earth将于2050年前启动并运行。

卫星的主要轨道有两种:近地轨道(LEO)和地球同步轨道(GEO)。近地轨道与距球相距约200至1000公里,国际空间站和数千颗其他卫星每90分钟在此环绕地球一周。地球同步轨道则位于3.6万公里的高空,作用力使卫星停留在轨道内相同的位置。地球同步轨道上的卫星相对于地球上方的某一点静止,因此这使得它们对天气预报和通信的作用巨大。

异常拥挤的近地轨道极大地增加了碰撞风险,碎片数量之大使其足以与其他卫星相撞,而碎片数量也由于连锁反应越来越多。最终,整个轨道可能由于碎片过量陷入瘫痪。目前,尽管大量碎片已经散落在近地轨道,但是碎片移除技术也已经处于开发和测试阶段。然而,对地球同步轨道而言,情况要复杂得多。

在地球静止轨道,当一颗卫星的生命接近尾声时,其所有者会将其置于一个更高的“墓地”轨道上,使其漂浮在距离国际商定保护区约300至400公里处。但是在地球静止轨道中,只有80%的“退休”卫星能够进入“墓地”轨道。剩下的20%则需紧急处理,此时,太空回收设施就发挥了作用。

“墓地”轨道实际上相当于一个无人看管的废弃垃圾场,明亮的闪光依稀可见。据称,未用尽的燃料或未降解的电池可能引发卫星爆炸,而爆炸碎片将落回地球静止轨道,并对轨道上的卫星产生威胁。

当前的法律并不支持集体解决太空垃圾问题。哪怕一颗失控的卫星正朝着一颗运行正常、价值数十亿美元的卫星飞去,国际协议也禁止在未经卫星所有者许可的情况下采取行动,即便可能仅需一架无人机介入就能将其送入“墓地”轨道。

通过修复、再利用或回收地球轨道上的卫星和“太空垃圾”,这种材料可以用来建造未来的航天器或探测前哨站,比如月球基地。使用漂浮的垃圾不仅免去了发射成本,同时减少了太空垃圾。这相当于在英国建造房屋时就地取材,而不是从澳大利亚进口砖块。

回收卫星不仅可以为更多的太空建设提供原材料,还可以为其提供资金来源。研究表明,在离地球150公里远的轨道上,Gateway Earth可以进入整个地球静止轨道。必要时,整个卫星都可以由太空无人机送入太空回收中心进行处理。

提供这些服务每年可创收逾80亿美元,但是相应的太空回收法早已过时、有待修改。幸运的是,联合国正在为此努力。

即使卫星无法继续使用,但外壳另有用处。从太空垃圾中回收的一些材料经过研磨,可用于Gateway Earth的三维打印辐射屏障。研究表明,15年后,废弃卫星太阳能电池板的效率下降到24%左右。因此,可以收集这些电池板为空间站提供动力。

Gateway Earth或新卫星上可以重新安装一些在太空中制造的最先进的照相机,这样一来,就可以监测出太空中可能与地球相撞的小行星。随着卫星部署和使用业务的惊人增长,在轨道上建立一个能够管理所有卫星的前哨站将变得至关重要。

在未来,Gateway Earth有望成为太空酒店、卫星和航天器设施,以及行星间的航天器燃料中心。我们需要一个类似于“蓝色星球2(Blue Planet 2)”的机遇,向人类敲响警钟。虽然来日方长,但是清理地球轨道的计划必须马上付诸行动。在未来十年内,计划将发射150颗新的地球静止轨道卫星,这将大大增加碰撞的风险。

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关键词:太空回收站垃圾

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