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长三角G60激光联盟导读
数千颗在轨卫星中有一半以上现已失效 ， 这种漂浮空间碎片的积累被描述为当前和未来空间任务和人类太空旅行的“致命问题” 。 研究人员正在研究如何捕获失效的卫星和其他太空垃圾并将其带回地球 。
【激光助力带回太空垃圾】来源：European Space Agency CC BY-ND
据欧洲航天局（ESA）估计 ， 1.3亿个小于1厘米的物体和3.4万个大于10厘米的物体正在轨道上以每小时数千公里的速度运行 。 在今年的欧洲空间碎片会议上提交的一份报告表明 ， 到2100年 ， 空间垃圾的数量可能增加50倍 。
虽然许多太空垃圾碎片都很小 ， 但它们的速度非常快 ， 其撞击能量足以使卫星失效或对空间站造成重大损害 。
Hubble望远镜和太阳最大任务(SMM)卫星都被飞来的碎片撞出了硬币大小的洞 ， 美国宇航局James Webb太空望远镜的一面镜子也被微流星体损坏了 。
大多数卫星在设计时并没有考虑到它们的用途 。 在6000颗在轨卫星中 ， 约有60%的卫星现在出现故障 。 与较小的物体一起 ， 这些报废卫星构成了现有和未来卫星和空间站的主要问题 。
这项研究强调了37.5亿年前地壳形成性质的根本转变 ， 这促进了地球独特、稳定的大陆地壳的形成 。 来源：CC0 Public Domain
清除空间碎片的方法
目前 ， 人们整担心太空碎片过多 ， 会影响人类太空旅行、空间探索和在地球轨道某些部分使用卫星 。 也担心由于空间物体之间的碰撞 ， 越来越多的碎片产生 ， 会损害全球通讯和导航系统 。
这就是为什么开发实用的碎片清除技术是重要和紧迫的 。 迄今为止 ， 为解决空间碎片问题制定了各种战略 ， 其中一些战略最近被列为优先事项 。 迄今为止 ， 还没有一个轨道物体从空间成功回收 。
ClearSpace追踪器设计用于使用机械臂捕获空间碎片 。 来源：ESA CC BY-ND
设计空间碎片清除战略的主要问题之一是如何在碎片（目标）和追击器之间的第一次接触过程中传递能量 。 有两种优先方法 ， 第三种方法正在开发中：
1冲击能量耗散方法旨在降低碎片的冲击能量 。 一种方法是 ， 追击卫星部署一个鱼叉穿透空间碎片 。 成功发射后 ， 追踪卫星、鱼叉和目标将通过弹性缆绳连接起来 ， 追踪器将把碎片拉回大气层并一起烧毁 。
2 中性能量平衡包括一种磁捕获方法 ， 该方法使用磁线圈实现追逐器和目标之间的完美能量平衡 。 这是一种软对接方法 ， 是后续碎片处理方法的初步步骤 。
3 破坏性能量吸收旨在使用高功率激光摧毁小碎片目标 。 但挑战在于开发一种功能强大但重量足够轻的激光和电池组合 。 中国的一个实验室一直在开发一种天基激光系统 ， 该系统将安装在一颗追踪卫星上 ， 该卫星能够瞄准尺寸达20厘米的碎片 。 美国航天局猎户座项目使用地面激光摧毁小碎片 。
第一个空间移除项目定于2025年 ， 由欧空局牵头 。 它涉及一个基于瑞士子公司ClearSpace的联合体方法 。 ClearSpace追击器将与目标会合 ， 并使用四个机器人手臂捕获目标 。 然后 ， 追击器和捕获的发射器将脱离轨道并在大气层中燃烧 。
轨道空间碎片的可视化 。 来源：European Space Agency高成本和更多污染
鉴于空间碎片问题的巨大规模 ， 一个关键挑战是与这些拟议解决方案相关的巨大成本 。 另一个重要方面是空间清理工作对地球大气层的潜在影响 。
越来越多的卫星和其他物体在离开太空时会在大气中被焚化 ， 这一想法引起了气候科学家的关注 。 空间碎片被自然向下拉 ， 并在低层大气中燃烧 ， 但二氧化碳含量的增加正在降低高层大气的密度 ， 这可能会降低其将碎片拉回地球的能力 。
越来越多的卫星和其他空间碎片（目前每年80吨）自然下落或通过新的清除方法燃烧 ， 也会将分解产物释放到大气中 。
来源：NASA
这些肯定会产生更多的二氧化碳和其他温室气体 。 卫星中某些物质的分解也可能释放出氟氯化碳（CFC）气体 ， 这可能破坏臭氧层 。
人们不能忽视太空垃圾问题和废物回收之间的相似之处 。 显然 ， 我们需要为我们的空间浪费制定一个循环经济战略 。
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