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。
对于初始服务,目标没有太阳同步轨道,其平均地方时漂移约为 20 度/年。目标升交点地方时将在 2024 年 11 月约为 13h45,这限制了可能的插入轨道。分离和发射后退轨后,对平台进行标准调试,并增加捕获机制和会合传感器的功能测试。服务器通过节点进动和倾角校正匹配目标轨道平面,执行轨道提升和相位调整,将自身置于预期目标位置后方 30 公里处并探测目标。服务器使用仅角度导航逐渐安全地缩短距离。服务器收集并下行目标和会合传感器上的数据,并调试相对 GNC 执行近距离轨迹,逐渐靠近目标并最终捕获目标。目标和服务器的组合堆栈退轨。捕获数据已传输,堆栈的质心与推力轴对齐。堆栈已准备好重返大气层并脱离轨道。
4. 我们认为,严格遵守任务后处置指南是帮助稳定轨道碎片环境的有效工具。目前,建议在低地球轨道上运行物体的运营商确保其航天器在任务后立即从轨道上移除,或留在轨道上,该轨道将在 25 年内衰减并重新进入地球大气层,以减轻更多轨道碎片的产生。但是,我们认为,让卫星在低地球轨道上脱离轨道数十年已不再可持续。因此,在本第二份报告和命令中,作为我们持续努力减轻轨道碎片产生的一部分,我们将低地球轨道空间站 3 任务后处置的 25 年基准缩短为 5 年。我们今天通过的法规旨在确保委员会有关无线电通信的行动(包括为美国航天器颁发许可证和允许非美国航天器进入美国市场)促进外层空间的可持续利用,而不会对新卫星企业造成过度的监管障碍。委员会的这一行动进一步维护了公众的利益,即保留未来卫星和系统的可行选择以及这些系统向公众提供的众多服务。
简介 自 1978 年唐纳德·J·凯斯勒和伯顿·库尔帕莱斯发表论文《人造卫星的碰撞频率:碎片带的形成》以来,太空垃圾一直是太空参与者关注的重要问题。尽管迄今为止在碎片清除方面采取的行动很少,但该论文引发了数十年的研究,这些研究描述了外层空间碎片的数量、类型和轨道,以及制定了世界各地认可的自愿碎片减缓标准。当今现有的大部分太空垃圾都是推进剂爆炸或蓄意破坏行为的结果。已知最大的碎片产生事件是 2007 年中国的反卫星 (ASAT) 试验,其中 SC-19 动能拦截弹故意摧毁了一颗中国气象卫星。1 为了提供关于太空垃圾寿命的参考点,目前在轨道上运行的最古老的碎片是美国先锋 1 号卫星。先锋 1 号于 1958 年发射升空,进入中地球轨道 (MEO),并将在该轨道上停留至少 200 年,直到自然衰减回地球大气层或在此之前被故意脱离轨道。2
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。
本报告评估了位于低地球轨道的非地球静止卫星随机和受控(有针对性)再入大气层时产生的碎片对地面人员和飞机上人员的风险,以及将这些卫星送入轨道的运载火箭。联邦航空管理局将其审查范围限制在低地球轨道卫星星座的再入大气层,因为目前对发射到中地球轨道 (MEO) 及以上轨道的卫星的处置做法不包括再入大气层。此外,虽然所有非地球静止卫星的发射和处置都存在碎片风险(来自卫星和任何运载火箭部件),但出于本报告中讨论的原因,大型卫星星座的发射和处置,而不是单个卫星,对地面人员和飞机上人员构成最大风险。由于大型星座是“非地球静止卫星数量呈指数增长”的原因,本报告重点关注与低地球轨道大型卫星星座碎片再入相关的碎片风险。报告的估算基于这样的假设:截至2021年3月向美国联邦通信委员会(FCC)提交的申请中提出的12个大型卫星星座将于2035年全面建成并在轨道上运行,并将根据卫星的设计寿命脱离轨道进行处置。
这些航天器的衰减速度取决于几个因素。特别是,轨道分配和弹道系数对遵守法规的能力起着根本性的作用。对轨道碎片积累的估计表明,直径为 1 – 10 厘米的颗粒超过 900,000 个,直径 >10 厘米的碎片超过 34,000 个,在地球静止赤道和低地球轨道高度之间的轨道上运行 (2)。在已进入轨道的 11,370 颗卫星中,60% 仍在轨道上,只有 35% 仍在运行。截至 2021 年 4 月,估计所有在轨空间碎片的总质量为 9,300 公吨 (2)。图 13.1 表示了地球周围的碎片。NASA 轨道碎片计划以及机构间空间碎片协调委员会 (IADC) 的目标是限制空间碎片的产生。他们要求所有航天器必须在规定时间内脱离轨道或进入墓地轨道安全储存 (3)。小型航天器任务通常停留在低地球轨道,因为这是一个更容易进入且成本更低的轨道。通过几家商业发射提供商,有很多共乘机会进入低地球轨道。靠近地球可以放宽航天器质量、功率和推进限制。此外,对于低于 1000 公里的高度,低地球轨道的辐射环境相对温和。在国际空间站 (ISS) 高度(400 公里)或附近发射的小型航天器会在 25 年内自然衰变。然而,在 800 公里以上的轨道高度,由于大气密度的不确定性和弹道系数的差异,无法保证小型航天器会在 25 年内自然衰变,如图 13.2 所示。
在更高的低地球轨道上,对用于全球定位、遥感和中继通信的卫星群和卫星星座的需求日益增长。这将导致许多过时、受损和废弃的卫星将在轨道上停留 25 年后。这些废弃的卫星和空间碎片可能是具有经济价值的轨道空间和资源,可以重新使用、修复或升级以供将来使用。空间交通管理对于修复受损卫星、将卫星转移到仓库轨道以及有效地使无法修复和打捞的卫星和空间碎片脱离轨道至关重要。当前在轨捕获、服务和维修的方法需要一颗大型服务卫星。然而,通过接触废弃的卫星和空间碎片,服务航天器本身存在损坏的风险。派遣多个小型机器人,每个机器人专门执行一项特定任务,是一种可靠的替代方案,因为该系统简单且经济高效,并且一个或多个机器人的损失不会结束任务。在本文中,我们概述了一个端到端多机器人系统,用于捕获受损和废弃的航天器,以便进行打捞、维修和脱轨。我们分析了派遣多个分散机器人的可行性,这些机器人可以协同工作,首先执行捕获目标卫星的任务,然后爬到受损卫星上进行详细测绘。在获得卫星的详细地图后,机器人将继续进行维修和更换或拆卸部件以进行打捞作业。最后,剩余的部件将与脱轨装置一起包装,以加速脱轨。