“太空爪”现世，欧洲计划首次清理轨道垃圾

本周，欧洲空间局（ESA，European Space Agency）确定了一项 2025 年的发射任务：清理太空，这将是史上第一次捕获并处理轨道上的太空垃圾的任务。

与瑞士初创公司 “清洁太空”（ClearSpace）签署了总额为 8600 万欧元的合同，委派该公司制造一款特殊卫星 “清洁太空 - 1”（ClearSpace-1），构造近似于一颗小型卫星，该设备会用爪子抓牢太空垃圾，并将其护送至较低轨道，二者一同进入大气层并燃烧。

图｜ClearSpace-1 用 “太空爪” 抓住一个废弃的负载适配器（图源：CLEARSPACE SA ）

ESA “清洁太空” 办公室负责人 Luisa Innocenti 说，目前的挑战是设计一种成像系统，能在太空爪抓住物体之前，自动快速描绘出物体的特征。“你不知道它是如何移动的，唯一知道的方法就是走上去看看，” 她说。

她和她的同事们也曾就捕捉技术争论过：用爪子抓住需要近距离接触，而用网诱捕则可以在安全距离内完成 —— 但必须第一时间完成。Richard-Noca 说，ClearSpace 选择爪型是因为可以进行多次尝试。可以排练整个过程，在第一次完成任务时，有更多的灵活性。

ClearSpace 的任务

ClearSpace 将从一些简单的小事件入手。2013 年，欧洲航天局的一枚 Vega 火箭发射了两颗卫星的有效载荷适配器，该适配器重 112 公斤，此后一直保持在距离地面 664 到 800 公里的空间轨道上运行。现在它已经成为了 ClearSpace 的瞄准器。ClearSpace 的首席工程师 Muriel Richard-Noca 说。

由英国萨里大学（University of Surrey）设计的一项名为 “清除碎片”（RemoveDEBRIS）的任务由欧盟资助。该任务于 2018 年飞行，在部署的小目标上测试了鱼叉和网。它的阻力帆测试是为了加速它进入大气层的速度，但测试失败，所以它在返回大气层的过程中进展缓慢。

此外，日本 Astroscale 公司计划 2021 年 3 月启动名为 ELSA-d 的任务：用一艘服务飞船释放一架带有铁磁对接板的靶向飞行器，并用磁铁将目标捕获。如果未来的卫星设计者采纳这个想法，这是一个选择，但对遗留的垃圾不适用。

ClearSpace 有更宏伟的计划。ClearSpace 首席执行官 Luc Piguet 说：“我们将稳步向更大、更雄心勃勃的目标迈进，以及可以处理多个目标和降低任务成本。”

清理太空的必要性

Darren McKnight 是 Centauri 科技公司的空间碎片专家，他称赞欧洲航天局是少数采取行动的机构之一。但他对清除轨道碎片的缓慢进展感到担忧，他认为这将越来越威胁到工作中的卫星和宇航员。“如果不尽快开始，我们将会遇到大麻烦。我们需要小步快走。” 他说。

地球周围的空间正变得越来越拥挤，因为一般卫星在使用寿命结束时，都被留在轨道上。并且在较高的轨道上，它们可以在那里停留数百年。另外，如果废弃的火箭没有在使用后被推入大气层，也是太空垃圾的另一个重要来源。

在 10 月举行的国际宇航大会（International Astronautical Congress）上，McKnight 提交了一份对近地轨道上 50 个最令人担忧的碎片的分析报告。他要求全球 11 个研究小组根据质量、预期轨道寿命和与现行工作卫星的接近程度等标准，拟定他们的前 50 名名单。

之后，他编制了一份综合名单。清单上的前 20 个项目是苏联和俄罗斯在 1985 年至 2007 年之间发射并留在拥挤运行轨道上的火箭。每一个都比大象重，并在轨道上扎堆出现。

McKnight 表示，与向空中批量发射的 SpaceX 等公司相对较小且有脱离轨道能力的互联网通信卫星相比，这些巨型碎片更具威胁。“成群死去的生物比成群结队的生物更危险，” 他说。

据统计，人类开启太空时代之后的 60 年中，已经完成了 5500 余次发射，在轨道上留下了 23000 个比葡萄柚还大的大量碎片，还有成千上万的碎片无法被追踪。

这些碎片沿地球轨道运动，即便发生轻微的碰撞也可能引发灾难性后果。与体积稍大的碎片若发生碰撞，还可能发生连锁反应。

在 2009 年，当时一颗运行中的铱通信卫星与一颗报废的俄罗斯军用卫星相撞，产生了成千上万个可被追踪及体积更小的新碎片。两年后，国际空间站不得不移动，以避免碰撞留下的碎片。2012 年，和空间站擦肩而过的碎片最近只有 120 米。

ESA 总干事 Jan Wrner 指出，NASA 和 ESA 都同意必须清除大空间碎片以稳定轨道环境。