大约有22000个大型物体围绕地球运行,其中包括工作中和坏掉的卫星,以及过去太空探险中遗留下来的旧火箭碎片。如果把宇航员在太空中漂浮时掉落的所有设备,以及碰撞卫星产生的碎片都计算在内,它们的直径约为1厘米,那么地球轨道上大约有100万颗太空垃圾。这数字可能被低估了,随着每年发射更多的卫星和火箭,与太空垃圾相撞的可能性越来越大。
失去一颗卫星可能意味着你的电视信号不好,或者天气预报不太可靠。但这也可能意味着飞机不能正常航行,人们没有意识到“龙卷风”正向他们逼近。清理太空垃圾需要一个长期的解决方案,“地球之门”发展组织是由来自世界各地大学学者组成的一个团体,他们建议将这一潜在的灾难转变为一种资源。到2050年“门户地球”:一个拥有回收旧卫星和其他垃圾设施的完全运作空间站——将会投入使用。
地球轨道
卫星的主要轨道有两种,近地轨道(LEO)距地球约200至1000公里,是国际空间站每90分钟环绕地球一周的地方,同时还有数千颗其他卫星。在36000千米的高空,作用在卫星上的力使它们停留在轨道内相同的位置。这被称为地球静止轨道(GEO)。这里的卫星固定在地球上一个点的上方,这使得它们对天气预报和通信很有用。这里非常拥挤,这里存在着碰撞的风险,可能会产生大量的碎片,其范围之广足以与其他卫星相撞,在连锁反应中产生越来越多的碎片。
最终整个轨道可能会充满碎片,无法使用。许多碎片已经散落在这里,但技术正在开发和测试,以消除它,不过,对地球静止轨道(来说,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,它的所有者将试图把它放在一个更高的“墓地”轨道上,让它漂浮在离国际商定的保护区约300至400公里处。但是在地球静止轨道中,只有80%的卫星在寿命结束时能够进入墓地轨道。剩下的20%需要紧急处理——这就是太空回收设施可以提供帮助的地方。
在太空中回收
墓地轨道实际上是一个无人看管的废弃垃圾场。在那里可以看到明亮的闪光,据信卫星在未使用的燃料或退化电池中发生碰撞或爆炸,这些碎片有可能落回地球静止轨道,威胁到那里的卫星。目前的规定并不支持集体解决太空垃圾问题,即使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将其移除,即使一架无人驾驶飞机可能会介入并将其送入墓地轨道,通过修复、再利用或回收地球轨道上的卫星和“太空垃圾”。
这种材料可以帮助建造未来的航天器或探测前哨站,比如月球基地。使用已经漂浮在那里的东西意味着没有发射成本,使用这些资源将减少太空垃圾。这相当于在英国用当地材料建造房屋,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,静止轨道可以进入整个地球静止轨道。在那里,如果需要的话,整个卫星都可以由太空无人机送入漂浮的回收中心进行调整。
提供这些服务每年可以带来超过80亿美元的收入,但是管理这项工作的太空法已经过时,需要修改。幸运的是,这是联合国已经在做的事情。如果这些卫星不能再使用,外壳可以用于其他目的,从太空垃圾中回收的一些材料可以被磨碎,并用于地球的三维打印辐射屏蔽。研究表明,废弃卫星太阳能电池板的效率仅在15年后下降到24%左右,因此这些电池板可以被收集起来,用于为空间站提供动力。一些有史以来最先进照相机是在太空中制造的,这些卫星可以被重新安装到地球门户或新卫星上。
以扫描太空中可能与地球相撞的小行星,随着部署和使用卫星的业务将以惊人速度增长,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。Gateway Earth计划在未来通过充当一家太空酒店、一个卫星和航天器建造设施,以及一个航天器在行星间旅行的燃料中心,我们需要一个类似于“蓝色星球2号”发出的塑料警钟空间。虽然还有时间,但是清理地球轨道的计划现在就需要付诸行动。在未来十年里,将有150颗新地球同步轨道卫星被计划发射,这将大大增加碰撞的风险。
博科园|文:Jez Turner/The Conversation
博科园|科学、科技、科研、科普