星Iridium 33与报废的俄罗斯Cosmos 2251卫星相撞,产生了大量新的碎片,这被称为“凯斯勒现象”(Kessler Syndrome)——即轨道碎片密度达到临界点后,碰撞将引发连锁反应,最终使地球轨道变得不可用。为了应对这一日益严峻的挑战,空间碎片清理和空间交通管理的概念应运而生。空间碎片清理旨在主动移除轨道上的失效航天器或碎片,而空间交通管理则旨在对在轨航天器进行有效跟踪、识别和避碰,确保太空活动的安全有序。这些早期探索,旨在保护宝贵的地球轨道资源,为人类的太空活动提供可持续的基础,预示着一个能够“守护地球轨道,确保永续利用”的未来。
现代空间碎片清理与空间交通管理的进展与挑战:激光清除、捕获技术与成本、法规瓶颈
本段将深入探讨现代空间碎片清理与空间交通管理在全球范围内的研究进展和其所面临的挑战。近年来,随着地基/天基雷达和光学望远镜追踪、激光清除技术、捕获机器人(如机械臂、网捕、鱼叉)、空间交会 工作职能电子邮件列表 与伴飞技术、人工智能(AI)辅助碰撞预测和国际合作的深度融合,空间碎片清理和空间交通管理的研发取得了显著突破。
空间碎片监测与编目:各国(如美国、中国、欧洲)都建立了空间监视网络,对地球轨道上的空间碎片进行跟踪、识别和编目,发布碰撞预警。
空间碎片清理技术:
激光清除:通过地面或在轨激光器烧蚀碎片表面,产生推力使其脱离轨道,进入大气层烧毁。
捕获技术:研发携带机械臂、网捕、鱼叉、磁力吸附等工具的捕获卫星,将失效航天器或大块碎片拖离原轨道,使其坠入大气层或转移到“墓地轨道”。
离轨装置:为新发射的卫星配备小型推进器或帆板,在寿命结束后主动离轨,避免产生碎片。
空间交通管理系统(STM):开发更精确的轨道预测模型,结合AI进行碰撞风险评估,并协调航天器进行避碰机动。 然而,现代空间碎片清理与空间交通管理仍面临诸多挑战:高昂的成本,无论是发射清理卫星还是长期运营STM系统,成本都非常巨大;技术成熟度不足,许多清理技术仍处于实验验证阶段,难以大规模应用;法律和伦理困境,主动清理碎片可能涉及对其他国家财产的干预,且如何区分“碎片”与“潜在武器”是国际难题;国际合作的复杂性,空间碎片是全球性问题,需要多国协同,但涉及国家安全和主权;碎片数量巨大,目前的清理技术难以应对庞大的碎片数量;“误伤”风险,清理碎片可能产生新的碎片,或对其他在轨航天器造成影响;以及信息共享与信任,各国之间缺乏充分的空间态势感知信息共享机制。