一条回收太空垃圾的“飞毯”

苏琳

1957年，全球第一颗人造卫星进入太空；1969年，阿姆斯特朗在月球上迈出“人类的一大步”。近百年来，科学家一直在探索如何向宇宙发射更多人造卫星、探测器、航天飞机甚至整个空间站。而诸如SpaceX、Blue Origin在内的商业公司也在积极开拓太空这一仍然充满无数未知的领域。

然而，由此产生的一个负面结果是：人类截至目前似乎还不擅长让这些航天器回到地球，而是任其在太空中飘荡，变成太空垃圾。

虽然这些太空垃圾听起来离我们很远，但实际上，当你的导航失效或者乘坐的飞机无法精确定位而只能于天空盘旋时，这些糟糕体验的罪魁祸首，很可能就源于一块撞上卫星的太空垃圾碎片—高速运动的垃圾足以给工作中的卫星带来致命伤。

但如何清理这些航天器遗留下来的太空垃圾，至今仍是个难题。总部位于美国洛杉矶的非盈利机构航天航空公司（Aerospace Corporation）提出了一种解决方案，它正在开发一款超薄太空飞船，能够包装、清理太空中的碎片。

这个名叫“膜飞船”（Brane Craft）的新型航天器由美国航天航空公司的首席研究员、高级科学家Siegfried Janson主持研发。

它占地仅约2平方米，厚度约10微米，还不到人类头发直径的一半。从外观上看，膜飞船犹如一条具有弹性的“飞毯”。“这样的设计让它拥有轻巧、灵活机动、省油的优势。”Janson说。

将太空垃圾包裹在内，降低飞行高度，进入大气层烧毁，一艘膜飞船就完成了它的使命。根据Janson的介绍，膜飞船可以登陆任何近地小行星、主带小行星，或是火星、金星的轨道，在完成任务后返回。并且，它还可以在无需推进器的情况下多次往返月球和地球。

不过，它也存在一定局限。太空中的辐射是膜飞船面临的一大挑战。由于商业电子器件的辐射容忍度较低，一般难以承受太空的恶劣条件。

另外，因为膜飞船的厚度基本可以忽略不计，它的材质必须是“防弹级别”的。尽管如此，对太空中常常遇到的巨大冲击来说，这个结构约等于二维形态的航天器，还是显得有些脆弱。

对此，研发人员为膜飞船添置了许多“候补设备”。膜飞船会借助超薄太阳能电池和少量的燃料获得动力；太阳能电池采取分离设计，使得一个电池的损坏不会轻易影响到这个飞船的运行，燃料箱也被分隔成了多个。

飞船上还搭载了很多备用微型处理器，覆盖在表面的电子外壳也有很多个，研究人员甚至还将存储在夹层中的推进器分设在两个独立的储存器里。为了防止出现微小陨石撞击或者短路，几乎所有部件都做了独立设 计。

由于航天器本身的燃料存储空间有限，一架膜飞船仅能捕获0.9千克重的物体。所以这款飞船在投入使用后会频繁发射，且可能实现在单一火箭上搭载多个航天器，从而加大垃圾捕获量，同时也可缩减成本，实现商业化。

根据美国国家航空航天局（NASA）提供的数据，地球的轨道上“承载”着超过50万件太空垃圾，其中包括损坏或销毁的航天器碎片和宇宙本身的陨石等。这个数字每年还在呈指数级增长。

NASA轨道碎片研究方面的首席科学家Nicholas Johnson表示，“太空任务最大的风险来源于不可追踪的碎片。”这些太空垃圾以每小时约2.7万公里的速度高速运动着，给航天器的运行以及宇航员的生命安全造成了极大隐患。

然而，随着航天事业的发展，太空碎片越来越多，通过追踪航天器、修改运行轨道、增强材料本身的自我防护能力等传统手段来躲避太空垃圾，已经不再是最好的应对措施。

去年，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）向国际空间站发射了一个名为“白鹤号-6”的无人太空船。它不仅能够运送货物，还承栽着清理太空垃圾的任务：用一条2300英尺（约合700米）长的电磁系绳将太空中的那些垃圾拖出轨道。但这并不容易，由于技术故障导致绳索未能正常伸展，这艘无人航天器的“命運”最终以坠落大气层烧毁告终。

一些创业公司也开始参与进太空垃圾的生意中，并带来了更多的点子。总部位于新加坡的Astroscale就是一家专门从事太空垃圾清理的公司，创始人岡田光信提出了一个计划：2018年发射首个太空垃圾收集器卫星“ELAS 1”，在这颗卫星上将会装载传感器和机动推进器设备，跟踪太空垃圾碎片并实行拦截。

拦截太空垃圾所用的黏合剂是Astroscale与日本一家化学公司合作研发的，将会涂满于ELSA 1表面，一旦触碰到太空垃圾碎片，这些黏合剂就会将垃圾粘在飞行器表面并脱离原本的飞行轨道，而且将与ELSA 1机体一同燃烧殆尽。

为此，这家公司需要首先发射一颗体积相对小的卫星，这颗卫星携带的面板能够感受到太空环境中的垃圾碎片及其撞击情况。它非常敏感，甚至能够检测到小于一毫米的碎片撞击。利用这些数据，公司可以绘制出各种太空环境下的碎片密度情况图。除了公司自身使用外，这些数据还能出售给其他卫星运营商和空间机 构。

“如果你去参加任何一个太空相关的会议，就会发现，所有议程都是分成三个分会—技术、融资、规则。我想做的，就是提出一个方案，为它设立明确的融资阶段，然后展现出风险，帮助确立规则。”岡田光信对《第一财经周刊》说，截至目前，Astroscale已经筹得了大约4300万美元资金。

作为13个NASA创新先进概念（NIAC）之一，膜飞船也已经获得了NASA的两轮“投资”，共计60万美元。在第一个阶段里，NIAC对一个创新性概念完成初步的定义和分析，并提供10万美元资助获奖者完善设计，探索实施新技术的办法。而第二阶段奖金增加到50万美元，研究期限为两年。

目前，航天航空公司已经顺利通过了第一阶段，进入项目研发的“二期工程”。作为项目负责人，Janson称：“第二阶段的工作将重在分析和记录膜飞船用于清除轨道碎片的优势和局限性，进一步测试任务操作流程，并尝试通过实验室模拟环境。”如果两年后NASA对膜飞船的新进展感到满意，那么这个二维航天器可能将在几年后投入运行。

对于这些太空“清道夫”来说，坏消息是，全球范围目前还没有一个有法律效力的惩罚条款去约束太空垃圾的产生。但好消息是，至少那些卫星拥有者们还愿意付费保护他们的卫星。