向垃圾宣战!2050年,太空回收站有望清理100万颗太空垃圾

  • 日期:09-22
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编者注:本文作者是诺丁汉大学基础工程与物理科学副教授Jez Turner。

大约22,000个围绕地球运行的大型物体,包括工作卫星,“退役”卫星和用于太空探索的旧火箭。如果计算所有物体,直到宇航员在太空旅行期间掉落的空间,并且卫星碰撞产生大约1厘米大小的碎片,那么地球轨道上将有大约100万个太空垃圾。

当然,这个数字也可能是保守估计。随着卫星和火箭发射的数量逐年增加,与空间碎片发生碰撞的可能性正在增加。卫星故障可能导致电视信号异常,增加天气预报误差,导致飞机正常航行,或者人们可能没有意识到龙卷风即将来临。

清理太空垃圾是不可能在一夜之间完成的,而且长期的解决方案迫在眉睫。来自世界各地的大学学者联盟,即网关地球开发组织,提议将这一潜在的灾难变成一种资源:一个可以回收旧卫星和其他垃圾的全功能空间站。 Gateway Earth将于2050年推出并运行。

卫星有两个主要轨道:低地球轨道(LEO)和地球同步轨道(GEO)。低地球轨道距离球约200至1000公里,国际空间站和数千颗其他卫星每90分钟绕地球运行一次。地球同步轨道位于36,000千米的高度,该力使卫星保持在轨道上的相同位置。地球同步轨道上的卫星相对于地球上方的一个点是静止的,这使得它们对于天气预报和通信非常有用。

异常拥挤的低地球轨道极大地增加了碰撞的风险,并且大量碎片使得与其他卫星碰撞成为可能,并且由于链式反应,碎片的数量也在增加。最终,整个轨道可能因过多的碎片而瘫痪。目前,虽然大量碎片散落在低地球轨道上,但碎片清除技术已经处于开发和测试阶段。但是,对于地球同步轨道,情况要复杂得多。

在地球静止轨道上,当卫星的寿命即将结束时,它的所有者将它放在一个更高的“墓地”轨道上,从国际商定的保护区漂浮约300至400公里。但在地球静止轨道上,只有80%的“退役”卫星可以进入“墓地”轨道。其余20%将需要紧急处理,此时空间回收设施将发挥作用。

“墓地”轨道实际上相当于一个无人看管的废弃垃圾场,明亮的闪光灯隐约可见。据称未燃烧的燃料或未降解的电池会引起卫星爆炸,爆炸性碎片将重新进入地球静止轨道并对轨道上的卫星构成威胁。

现行法律不支持集体解决太空垃圾。即使一颗失控的卫星正朝向一颗运转数十亿美元的卫星,国际协议也禁止未经卫星所有者许可采取行动,即使可能只需要一架无人机。干预可以将其发送到“墓地”轨道。

通过修复,重复利用或回收太空轨道上的卫星和“空间碎片”,这种材料可用于建造未来的航天器或探测诸如月球基地等前哨基地。浮动垃圾的使用不仅消除了发射成本,还减少了空间垃圾。这相当于在英国建房时采用当地材料,而不是从澳大利亚进口砖。

回收卫星不仅为更多的空间建设提供原材料,而且还提供资金来源。研究表明,Gateway Earth可以进入距离地球150公里的轨道上的整个地球静止轨道。必要时,整个卫星可以被送到太空回收中心,由太空无人机处理。

提供这些服务每年可产生超过80亿美元,但相应的空间恢复方法早已不复存在,需要进行修订。幸运的是,联合国正在努力解决这个问题。

即使不能继续使用卫星,外壳也是有用的。从太空碎片中回收的一些材料被研磨并用于Gateway Earth的3D打印辐射屏障。研究表明,经过15年的发展,废弃卫星太阳能电池板的效率已降至24%左右。因此,可以收集这些面板以为空间站供电。

Gateway Earth或新卫星可以重新安装一些空间内建造的最先进的摄像机,因此您可以监视太空中可能与地球发生碰撞的小行星。随着卫星部署和使用的显着增长,在轨道上建立一个可以管理所有卫星的前哨基地至关重要。

未来,Gateway Earth有望成为太空旅馆,卫星和航天器设施,以及行星间的航天器燃料中心。我们需要一个类似于“蓝色星球2”的机会来敲响人类的警钟。虽然日方即将到来,但必须立即采取清理地球轨道的计划。在未来十年,计划将发射150颗新的地球静止轨道卫星,这将大大增加碰撞的风险。