奥地利和中国的研究人员在轨道上找到了解决方案:2016 年发射升空的“墨子号”卫星,为他们提供了一个科学站,该站可在 94 分钟内绕地球运行,轨道高度约为 500 公里。该卫星配备了光子源和探测器,因此能够产生和传输光子。在实验中,“墨子号”向地面站发送了一些所谓的光子,这些光子以随机、不可预测的方向振荡。因此,轨道上的发射器和地球表面的接收器会收到一个随机生成的唯一数字序列,由零和一组成 - 量子密钥。如果在轨道和地球之间的交换过程中发生拦截尝试,接收方会注意到这一点。原因是:每次测量都会改变粒子的量子态。因此,任何“黑客”都会立即被抓获。
自太空时代开始以来,轨道上的空间垃圾数量就比运行中的卫星数量还多。由于空间垃圾对全球近地环境构成了问题,因此只有全球支持的解决方案才是解决之道。这就需要制定一套国际公认的空间垃圾缓解措施。2002 年,机构间碎片委员会 (IADC) 发布了第一份《空间垃圾缓解指南》,朝着这个方向迈出了重要一步。该文件及其后续更新自此成为非约束性政策文件、国家立法的基准,也是制定技术标准的起点。缓解措施的标准化对于就所需任务达成共识以实现透明和可比的流程非常重要。即使制定一套一致的措施对于解决全球空间垃圾问题至关重要,但实施这些措施仍取决于各个国家、运营商和制造商。
11. 发射的卫星数量不断增加,产生了更多的数据和服务,但也产生了更多的碎片。每发射一颗卫星,就会在太空中产生 10 到 100 倍以上的物体,这还不包括与发射有关的次级物体。有人强调,空间利用的临界点已经超过,即使停止所有空间活动,轨道上的物体数量也已经达到了可以维持的容量,尽管活动停止,碎片数量仍将继续增加。有人表示,最大的挑战在于,一旦卫星进入太空,它并不总是能回来,人类发射的第一批物体仍然在太空中,这导致运营商已经达到临界点,会合警告或碰撞是周期性的。考虑到这一挑战,下一步将涉及轨道机动,这是每周或每月进行的正常和频繁的行动。
对地球轨道上的空间物体进行表征是一项重要任务,特别是随着太空交通的增加和太空交通管理的出现。正确理解物体的形状、大小和姿态对于预测其未来行为至关重要。光变曲线越来越多地被用于表征物体,方法从简单的回归分析到复杂的人工智能解决方案。本文介绍和演示的方法是一种基于卷积神经网络的机器学习算法,能够表征物体的几何形状、姿态和材料等物体参数。该方法旨在成为一种灵活的分类方法,可以扩展到所有轨道和任何类型的物体,包括碎片。本文介绍了正在进行的研究的中间结果,展示了多分类和多分支分类模型的使用。结果表明,该方法可以从单个完整的夜间光变曲线中成功地以超过 80% 的准确率对地球同步轨道上物体的形状、大小、姿态和主要材料进行分类。
随着 2019 年 5 月首批 60 颗 Starlink 卫星发射,天文学家敏锐地意识到了卫星星座的影响。在短短五年内,一些公司已将近 7,000 颗星座卫星发射到地球轨道上——几乎与 65 年前航天时代开启以来发射的单颗卫星数量一样多。低地球轨道 (LEO) 卫星星座的激增对那些珍视黑暗和宁静天空的人来说构成了重大风险。这些卫星可能会将阳光反射到光学望远镜上,改变夜空的外观,并发射从无线电到红外线的电磁辐射,可能对天文观测造成有害干扰。低地球轨道上的地面和太空望远镜都会受到影响。地球上没有一个地方能够免受这些全球卫星星座的影响,监管文件表明,未来几年公司和政府可能会发射更多卫星。
2.2.1 空间段 铱星空间段利用低地球轨道上的 66 颗运行卫星群,如图 2-2 所示。这些卫星位于近极地轨道的六个不同平面上,高度约为 780 公里,大约每 100 分钟绕地球一圈,速度约为 27,088 公里/小时。11 颗任务卫星均匀分布在每个平面内,充当通信网络中的节点。六个同向旋转的平面在经度上相隔 31.6 度,因此平面 6 与平面 1 的反向旋转部分之间的间隔为 22 度。相邻奇数和偶数平面中的卫星位置彼此偏移卫星间距的一半。该卫星群确保地球上的每个区域始终被至少一颗卫星覆盖。目前有 10 颗额外的在轨备用卫星,可在发生故障时替换任何无法使用的卫星。
光学传感器现在被广泛用作监视空间物体的经济有效的解决方案。ArianeGroup Helix ® 网络(前身为 GEOTracker ® 网络)完全基于光学传感器,可以为各种空间物体提供精确的角度数据。然而,对轨道物体的传统光学观测通常仅限于夜间。因此,有利的观测时间跨度是有限的,尤其是对于低地球轨道上的物体,这些物体通常位于相对于站点的地球阴影中。因此,白天观测的能力将允许延长观测时间并增加观测机会。2021 年,ArianeGroup 制造了一个短波红外 (SWIR) 传感器的原型,用于首次测试并允许在白天成功探测物体。在概念验证之后,ArianeGroup 继续致力于优化站点及其相关算法,以提高性能。在本文中,我们将描述站点的配置、获得的初步结果以及将集成到现有网络中的工业化运营站点的未来发展方向。
2019 年 7 月 25 日,微生物从佛罗里达州卡纳维拉尔角升空,前往距离地球约 400 公里的国际空间站。它们的任务是:大胆开采低地球轨道上的玄武岩,此前从未有生物开采过那里的玄武岩。 起飞五天后,宇航员卢卡·帕米塔诺 (Luca Parmitano) 打开装有微生物的盒子,并将其放入培养箱中。细菌被注入液体生长培养基和冰岛玄武岩,地球上的实验者希望从中提取有价值的稀土元素 1 。当帕米塔诺这位驻扎在德克萨斯州休斯顿的欧洲航天局宇航员想到微生物时,他主要担心的是它们会如何伤害他,以及如何防止它们污染月球等没有生命的环境。但随着航天机构将目光投向空间站的低地球轨道之外,
a)脚踩在空间站远程操作机器人的机器人手臂上,宇航员Mike Fossum在太空站的机器人手臂上限制了脚步,将机器人加油任务(RRM)有效载荷转移到了太空行走期间。b)OSAM-1的机器人维修臂(从上方)的抓斗测试模拟了在马里兰州格林贝尔特NASA的Goddard太空飞行中心的机器人操作中心中捕获自主卫星的照明条件。c)大型望远镜(例如14m分段辐射计)的精确空间组装表明,OSAM技术有望避免整流罩大小的物理局限性,并在对地球和太空科学方面的敏感性方面取得了重大进步。d)合作服务阀(CSV)的设计旨在促进轨道上的远距离抗原供应,这些推进剂和压力机将延长太空飞行资产的寿命。
激光处理技术可以精确制造与微观,微力学和生物医学中广泛应用的任意结构和设备。但是,其采用受到光学系统的较大尺寸,复杂性,高成本和低灵活性的限制。metasurfaces可以对光场进行精确的多维控制,与紧凑,高性能光学系统的发展趋势很好地保持一致。在这里,我们回顾了一些有关跨境处理技术应用程序应用的最新研究,包括3D纳米光刻,直接激光写作和激光切割。Metasurfaces提供了一个具有出色性能的集成运营平台,并准备破坏常规激光处理工作流程。这种组合具有巨大的成本效率和巨大的开发潜力,并在成像,光学存储,高级传感和轨道上的空间诸如轨道制造等领域中采用了有希望的应用。