谁是最佳太空垃圾“捕手”？

随着向太空运送物资的“动脉产业”不断发展壮大，与之伴随的清除零部件残骸和碎片的“静脉产业”的发展空间也日益广阔。

7月11日“猎鹰9”二级火箭点火失败引发爆炸，这是“猎鹰9”7年来首次失败。这次爆炸让20多颗星链卫星成为最新的太空垃圾。6月26日，俄罗斯一颗6吨重的卫星解体，它产生了至少250块碎片，这些碎片已经击中了多颗GPS卫星和星链卫星，并对空间站构成了潜在威胁。

碎片以第一宇宙速度击中钢板

2016年，直径几微米的金属碎屑在国际空间站舷窗留下了直径7毫米的撞击坑。

2021年，一块不在监控范围内的碎片在国际空间站机械臂上开了个洞。2022年，停靠在空间站的联盟号飞船外壳出现一个0.8毫米的小孔，导致44公斤冷却剂泄漏。

国际空间站机械臂被太空垃圾击中

对于国际空间站，只要发现大于10厘米的太空碎片，进入国际空间站轨道上下1.25千米、前后25千米的区间内或者是碰撞概率大于万分之一，空间站就必须变轨躲避，变轨期间宇航员要躲在载人飞船中，随时准备逃离。国际空间站自1998年发射升空后，为规避碎片已经机动30余次，其中大部分发生在近十年。2021年中国空间站为躲避星链卫星，也进行过两次紧急变轨。

自人类发射第一颗人造卫星以来，人类的空间活动已经产生大量的空间碎片。至2021年，人类发射火箭6000余次，将10000颗卫星送入地球轨道，其中有3600颗仍然在工作，有2600多颗成为在轨太空垃圾。它们产生了大量碎片，直径超过10厘米的达3.65万个，直径介于1厘米到10厘米之间的约100万个（据欧空局数据），这些近地轨道（2000千米以下）物质的总重超过9200吨。而随着星链卫星的密集部署，近地轨道的碎片也会随之快速增长。

目前能被空间碎片监测网络定期跟踪、编目的碎片超过28000个，其中74%是失效卫星或火箭体等空间碎片，但这些仅占空间碎片总量的4%。   

被跟踪空间碎片数量

这些太空碎片正以每秒6千米～8千米的高速在人类使用最频繁的近地轨道飞行，威胁着其他卫星和国际空间站的安全，阻碍着人类对外空的探索。

凯斯勒综合征（Kessler syndrome）是唐纳德·凯斯勒提出的关于太空碎片的假设，他指出当近地轨道（LEO）中太空垃圾数量超过一定程度后，一旦发生碰撞事件，就会因连锁反应产生更多的碎片，形成恶性循环导致大量航天器被摧毁。比如俄罗斯一颗失效卫星“宇宙1934”号，就撞上了另一个卫星“宇宙926”号，撞击导致宇宙1934号一分为二，宇宙926号则被撞碎成多个碎片，多到无法跟踪。

为了避免凯斯勒综合征的发生，需要采取太空碎片减缓措施，如建立跟踪预警机制、限制新碎片的产生、主动移除轨道上的碎片、加强国际立法等。   

比如美国计划将近地球轨道结束任务后的离轨期限从25年缩短到5年，这要求航天器设计须考虑便于抓取和离轨，并制定优先清除轨道碎片清单，投资清理危险太空垃圾商业技术开发。

那些数量众多且个头不足1厘米的太空垃圾很难被监测到，为了抵御微太空垃圾的撞击，中国空间站的外部“穿了一层防护甲”，这种防护甲采用特殊材料制作而成，能吸收能量和减轻对空间站造成的损伤。2024年7月3日，神舟十八号航天员出舱，为空间站舱外管路、电缆及关键设备加装了空间碎片防护装置。

近地轨道实验室公司（LeoLabs）成立于2016年，它在美国、哥斯达黎加、澳大利亚等地设有6个S波段有源相控阵雷达，用来追踪低于2000千米大于10厘米的太空垃圾。公司利用人工智能技术，通过其全球相控阵雷达网络和数据分析平台，监测轨道上的活动，为客户提供近地轨道测绘和空间态势感知服务，预测航天器与太空垃圾发生碰撞的概率。

如果不对失效卫星做主动处理，一颗轨道高度700千米15千克的卫星可能需要120年才会再次落入大气层。中国八院805所的离轨帆技术是给卫星或火箭装上一个可以展开后最大达25平方米的薄膜风帆。   

当航天器失效时，离轨帆仅需少量电能就能展开，通过增加与大气和太阳风的摩擦，让卫星减速并脱离轨道，释放宝贵的轨道资源。根据测算，仅2平方米的离轨帆就能将120年的再入时间缩短到10年。

为运载火箭加装的离轨帆

2022年1月，中国用“实践21”号航天器从地球同步轨道（GEO）捕获了一颗退役的北斗2-G2卫星，并将其拖到了更高的“墓地轨道”（位于地球同步轨道上方300千米，轨道高度36000千米处的空间），这是人类第一次从地球同步轨道上清除太空垃圾。类似的日本的阿斯特罗斯凯尔公司也在研发用于捕获太空垃圾的人造卫星。 

实践21号

用激光击落那些细小或快速旋转等不适合捕捉的太空垃圾，也是多国正在研究的方向。这其中有使用地面激光发射器和太空激光卫星等不同研究路线。比如完美星空—日本卫星集团正在研发从卫星发射激光将碎片击落至大气层的技术。

减少太空垃圾需要付出巨大的成本，NASA在2024年5月发布了各种清理方法付出的成本与产生的收益的对比报告。根据评估，总体成本与收益之比在20倍到1000倍之间。图中是不同方法投入30年后的收益比，左边收益低成本高，右边收益高成本低。以最后一项雷达/光学跟踪厘米级碎片为例，投入1元成本30年后的收益在几分至5元之间。     

不同方法投入收益比，靠右性价比高