“太空垃圾与“太空篱笆”

陈亦凡

【摘 要】探索和利用太空资源是人类共同的心愿，人类在探索和利用太空资源的同时，也给太空环境带来了改变，有些改变甚至给人类的探索活动本身带来了不利影响。本文通过介绍“太空垃圾”的产生原因说明人类给太空带来的影响，通过讨论“太空篱笆”的技术原理说明人类在治理太空环境方面付出的努力。

【关键词】太空垃圾；太空篱笆；太空资源

中图分类号： X738 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）23-0291-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.23.132

【Abstract】Exploring and utilizing space resources is a wish of common mankind.However，human space activities has changed the space environment.Some activities even impeded mankind from the objective of exploring and utilizing space resources.In this paper，the causes of "space junk" is introduced，to show the bad impacts of humans activities on space environment.Also，the“space fence” technology is described to illustrate the efforts made by mankind in harnessing the space environment.

【Key words】Space Junk；Space fence；Space resources

1 太空垃圾

当你在夜晚仰望星空，看到星光闪闪，是否能够想到其中一些闪闪发光的并不是星球而是一些太空垃圾。自从人类发射第一颗人造地球卫星，至今已有60多年的时间，空间技术取得飞速发展的同时，人类的空间活动也制造了数以亿计的空间碎片，也俗称为太空垃圾。空间碎片的几种来源包括：寿命到期的卫星、运载火箭末级、卫星星体自然解体碎片等，另外，航天员在太空活动时不慎遗失的工具、零部件、防护用品等物品也可成为空间碎片；截至2017年10月，人类能够观测到的空間碎片数量达到2万多个，对人类的航天活动造成的影响越来越大。空间碎片的巨大破坏力源于其速度，1g空间碎片的能量相当于24g炸药爆炸时释放的能量。因此，空间碎片对航天活动的威胁不容忽视，2009年2月10日美国1997年发射的一颗铱星，与俄罗斯一颗报废卫星相撞，导致铱星失去功能，严重影响了美铱星卫星通信系统的正常工作。另外，若空间碎片的数量达到一定规模，有可能因“连锁”反应产生“雪崩”效应，导致碎片数量急剧增加，近地空间完全失去使用价值，使太空探索活动彻底无法进行。

2 太空篱笆与太空环境治理

对于在轨的空间碎片，人类也不是毫无办法，为了减少空间碎片危害，保护在轨航天器正常运行的对策主要有三：空间避碰、碰撞防护和碎片控制。

空间避碰通过精确计算航天器和空间碎片的运行轨道，预测它们之间在未来某个时刻的交会距离，当交会距离小于某个阈值时，通过改变航天器运行轨道，规避空间碎片，避免碰撞。

碰撞防护是指通过在航天器表面敷着特殊材料，给航天器“披甲戴盔”，或者通过设计将航天器经不起撞击的脆弱部件安置在不易被撞击的部位，以避免毫米级和微米级空间微小碎片的撞击。

碎片控制是指一是限制空间碎片的产生，通过国际协调机构设立空间活动章程，规范人类的太空活动，减少因违章操作产生空间碎片的机会，例如，禁止航天员在太空出仓活动中随意丢弃物品于太空；二是实施高价值轨道保护策略，保护太空活动最具价值的空间轨道，减少对航天器的威胁，即在高、中、低轨道都指定一些利用价值不大的轨道，用作报废航天器的“垃圾场”，在航天器工作寿命即将结束时，利用剩余的推进动力将航天器推进到最近的“垃圾场”；三是清除已有的空间碎片，清除方法包括被动清除和主动清除，被动清除方法是指使用卫星上的相关装置产生气动阻力，迫使卫星提早离轨，并最终坠入大气层烧毁；主动清除方法是指利用卫星向空间碎片喷射发泡液体，从而增加空间碎片的面积质量比，提高空间碎片空气阻力，最终导致空间碎片提早离轨，坠入大气层烧毁，或者利用空间机器人抓捕空间碎片，例如，日本试验成功了利用金属网捕获空间碎片的方法，即利用金属丝制成巨大的捕捉网，直径可达几百米到几千米，当卫星飞行任务完成后，根据地面站指令打开卫星上的捕捉网开始捕获空间碎片，该方法特别适合捕获近地轨道上直径小于10cm的空间碎片，完成碎片捕获任务后，卫星向金属网通电，从而与地磁场产生相互作用，产生制动力，使卫星离轨。

为了实现空间避碰和清除空间碎片，就需要准确预测航天器的空间的位置，为此人们构建了电磁篱笆系统，如图1所示，实际上电磁篱笆是由地面多部工作于S波段和VHF波段雷达发射的电磁波在太空中形成的一道“屏障”，当有空间物体穿越电磁篱笆屏时，根据物体穿越不同电磁屏之间的时间间隔和穿越位置就可以确定物体的飞行轨道，即确定空间目标的飞行轨迹。太空篱笆就像天眼一样时刻观测着空间碎片的行动轨迹和状态，未来人类对空间碎片的监视能力将达到20万个目标，显著提升人类太空活动的保障能力。

3 结论

不断地探索和利用太空是人类的天性，我们有理由相信只要人类能够正确地规范自己的太空活动，尽可能少地改变太空的原始环境，同时积极利用先进的科学技术恢复已受到影响的太空环境，人类与太空就能够和谐相处，并能充分利用太空资源。

【参考文献】

[1]郭伟，崔海英.国外电磁篱笆建设要素分析.现代雷达， 2010，32（2）：31-34.

[2]李怡勇，沈怀荣，李智.空间碎片环境危害及其对策.导弹与航天运载技术，2008（6）：31-35.

[3]汪洋，韩长喜.美国“太空篱笆”计划概述.现代雷达. 2014（3）：16-18.