发射成本的降低和卫星体积的减小、价格的降低使得各国和私营企业能够更轻松地将航天器发射到低地球轨道 (LEO),这不仅催生了新太空经济,也加剧了太空垃圾问题。应对这些垃圾带来的问题充满了法律、技术和合作方面的挑战。首先,国际上尚未就“太空垃圾”达成一致定义,而根据 20 世纪 60 年代和 70 年代批准的联合国条约和原则,现行太空法并未明确提及此类垃圾。此外,欧洲航天局 (ESA) 和美国国家航空航天局 (NASA) 的模型显示,即使今天停止所有发射,由于凯斯勒综合征的出现,垃圾物体的数量仍将继续增加,即碎片碰撞产生的碎片比衰变的碎片速度更快。这表明,除了联合国和机构间空间碎片协调委员会(IADC)《空间碎片缓解指南》中概述的缓解措施外,主动清除碎片(ADR)任务对于清理空间碎片环境也已成为必要。然而,参与和执行 ADR 任务的成本过高,各国无法单方面采取行动。对国家间 ADR 合作的博弈论分析表明,与提供许多全球公共产品的情况一样,各国倾向于搭便车,而不会积极为清除任务做出贡献。因此,各国越来越依赖私营企业为碎片问题提供地球和天基解决方案。虽然应对空间碎片问题似乎十分严峻,但欧盟通过欧空局取得了积极进展,为根据地球轨道带的可持续性制定负责任的太空行为规范铺平了道路。加拿大和其他航天国家还有许多潜在的政策选择,可以进一步促进合作以及深思熟虑的发射和脱轨行为。事实上,加拿大有机会从欧盟在太空领域应对太空垃圾问题的行动中学习,并与欧盟建立联盟,确保负责任地管理这一脆弱的环境。
此外,对于 SSA,印度依赖北美防空司令部和其他公共领域的数据。然而,这些平台无法提供准确(或全面)的信息。北美防空司令部是美国和加拿大的一项倡议,旨在与许多国家共享选择性碎片数据。执行机构:印度空间研究组织在空间态势感知 (SSA) 方面的努力由班加罗尔的 SSA 控制中心协调,并由印度空间研究组织总部的空间态势感知与管理局管理。全球倡议:欧洲航天局的 Clearspace-1 计划于 2025 年发射,将是第一个从轨道上清除碎片的太空任务。
社会。任何服务中断导致的卫星能力持续丧失都将对国家国土安全产生重大负面影响。受影响的领域包括通信、金融交易、情报收集、互联网接入和天气监测。现有的国内和国际政策不足以管理碎片的增长。现在需要通过主动碎片清除 (ADR) 从拥挤的轨道上清除大型碎片,以防止未来的碰撞事件损坏或摧毁运行中的卫星,这可能会导致某些太空区域几代人无法使用。为了保护其卫星及其为国土安全提供的关键服务,美国应该利用 NASA 在过去 15 年中利用的既定公私合作模式制定国内碎片清除计划。这种模式降低了开发成本和进度延误的风险,同时也刺激了私人太空部门的增长并创造了额外的税收收入。此外,商业部门在轨道服务领域拥有知识和经验,该领域的技术挑战与碎片清除类似,可以为 ADR 系统的开发奠定基础。美国必须与私营部门合作开始补救措施。
在技术层面,确保近期运行安全和长期太空环境稳定依赖于缓解和补救措施。碎片缓解是指针对运行中的航天器的技术程序和要求,旨在降低其变成或产生碎片的可能性。它包括航天器屏蔽、防撞机动、任务后处置和在使用寿命结束时移除储存的能量以限制意外爆炸的可能性。补救是指在产生碎片后旨在降低风险的方法。它包括主动将废弃物体从轨道上移除,通过在预测碰撞时间之前影响两块碎片之一的轨迹来降低预测碰撞的概率,以及升级废弃物体使其具有防撞能力。
摘要:技术有许多优点和缺点。人类已经到达其他星球,并正在探索科学技术成功的新高度。但我们也污染了太空,就像我们污染了地球母亲一样。到目前为止,我们还没有把这看作是一个重要而紧迫的问题,但现在是时候深入研究这个问题,并找到一个适当的解决方案,以缓慢而稳定地清除尽可能多的太空垃圾了。为了从轨道上清除太空垃圾物体,已经提出了许多技术。本文总结了清理太空垃圾的不同方法。它还建议建造一颗特殊的卫星,它可以采用多种技术清除太空垃圾,使用寿命超过 30-35 年,这可以降低任务成本以及太空垃圾。
大多数探测天空的激光都是不可见的,但一项帮助保护太空环境的新任务需要使用明亮的黄色激光。这种特殊的颜色需要刺激地球上层大气窄带中的钠原子像一颗明亮的星星一样发光。这颗人造“导星”发出的黄光用于测量往返太空的光的大气扭曲。一旦测量完毕,这种扭曲就可以用来预扭曲第二束激光,这样大气就会充当校正透镜,将激光束恢复到理想的光学特性。这使得第二束激光能够传播到太空中,而不会因大气的影响而降低其强度或功能,从而允许从地面主动移动太空垃圾。该技术现在有助于使用更快、更强大的二次激光器来移动太空垃圾,包括全球太空垃圾问题最严重的近地轨道。
太空旅行的日益普及带来了重要的创新发现,然而太空中不断增加的碎片对低地球轨道的安全构成了威胁。该项目旨在通过多方面的方法解决轨道碎片问题。该项目将考虑独特的碎片减缓和清除解决方案,描述当前处理卫星在使用寿命结束后脱离轨道和空间交通管理的政策。此外,它从技术角度解决了这个问题,包括对现有碎片和当前清除解决方案(成功和失败)进行分类。通过这个项目,我们希望通过向管理官员提出轨道碎片减缓和卫星清除政策,在地方和国家空间法中实施积极的变化。在技术方面,我们将根据对现有解决方案的研究,集思广益,提出碎片清除概念,最终将形成我们设计的可行原型。这项研究的另一个成果是提供有关空间碎片主题的教育资源,揭示问题。随着我们继续了解太空中现有的碎片,信息收集工作正在进行中。
社会对太空资产的依赖已经增长到如今每个现代国家基础设施的一部分的程度。借助太空技术提供的服务(例如全球导航卫星系统)对于从电信到交通再到银行等各个领域的顺利运营至关重要(Hesse and Hornung,2015),而且这个清单还可以继续。甚至普通民众也已经习惯使用卫星服务,例如卫星电视或手机上的卫星导航。因此,对我们的太空资产的任何威胁对社会来说都是非常重要的问题。截至 2020 年 2 月,太空中大约有 5,500 颗卫星,但实际上只有大约 2,300 颗在运行,这意味着大约有 3,200 颗报废卫星仍在地球轨道上运行,还有火箭的上面级和整流罩以及因解体、爆炸、碰撞、退化或其他异常事件而产生的各种较小物体,这些事件导致碎片的产生。这些物体统称为空间垃圾,其尺寸分布范围从大型完整物体(例如,尺寸大于 10 米且重量为几吨的火箭或大型卫星的部件)到毫米大小的碎片,如油漆鳞片或冷却剂凝固液滴。2020 年初的估计显示,有 34,000 个物体大于 10 厘米,900,000 个物体介于 > 1 至 10 厘米之间,以及惊人的 1.28 亿个物体介于 > 1 毫米至 1 厘米之间。鉴于其高速度和随之而来的高动能,即使是小碎片也会对正在运行的卫星构成重大威胁,因为它们可能会撞击卫星,造成灾难性的后果并导致潜在的关键服务丧失。同时,较大物体之间的高能碰撞会产生真正的爆炸,从而产生数千个碎片。这些碎片反过来会与其他轨道物体相撞,引发连锁反应和滚雪球效应,可能导致整个轨道无法使用。这种极端情况(凯斯勒综合征)最初由凯斯勒在 70 年代研究(凯斯勒和库尔帕莱,1978 年),距离现实并不遥远,因为已经发生了几次碰撞。也许最著名的是俄罗斯军用通信卫星 Cosmos 2,251 与铱星星座卫星之间的碰撞(王,2010 年),这导致碎片数量大幅增加。随着目前正在开发的卫星应用越来越多,需要越来越多的卫星(例如,部署数百颗卫星组成的星座以提供全球连接或万维网),空间垃圾问题变得越来越重要(Virgili 等人,2016 年)。
由于我们的导航技术,加油或现场维修任务不太可能进行,此外,使卫星脱离轨道返回地球大气层并使其燃烧并不是一个安全的解决方案,而且由于军用卫星上装有核源,可能会造成污染。此外,脱离轨道操作每公斤卫星的成本是多少?目前,现场没有技术可以消除有问题的卫星。捕获和/或脱离轨道不会解决风险,如果操作失败,甚至可能产生其他风险。因为逻辑上的评论如下,当碎片或卫星被捕获时,下一个安全操作是什么?NASA JPL 已经开发出一种捕获卫星和碎片的方法,似乎令人满意(壁虎夹)。所有脱离轨道捕获方法和任务都是光荣的,但不能解决迄今为止存在的问题,更不用说碰撞风险了,这将是灾难性的,至少会导致 10 年的严重经济损失,并在国家安全和国家机构方面处于危急状态。为了避免这些灾难性的情况,我们开发了一个概念验证 POC,它将防止和处理这个问题,这就是 TERMINATORR TM2006- 2017Patents 项目。我们认为更明智的做法是考虑将卫星工程领域所有参与者的努力和技能结合起来,以建造这样的 TERMINATORR 机器(10 米 x 3 米)并开始太空清洁工作。这将允许保持无风险发射卫星的商业节奏。总而言之,首先进行清洁,然后安全地恢复发射计划,科学技术界和商业和金融界立即有能力执行这项部署以解决这一困难和威胁的任务。关于 TERMINATORR 在太阳系中的几何形状和功能的一般考虑 TERMINATORR 既可以被视为一个微型移动空间站,也可以同时被视为一个追踪航天器,用于定位 LEO-NEO-(GTO)和深空轨道(其他行星和卫星)中的危险物体以及围绕这些物体的卫星。 TERMINATORR 可用于火星-月球行星和其他卫星上预防风险,还可处理人类或机器人活动对太阳系及太阳系外不同物体造成的矿物和有机污染。