最近兩個多月里，天宮二號，神舟十一號，長征五號，一連串的太空發(fā)射活動，讓國人一次次抬起頭，仰望那一片深邃的星辰大海。

　　為了保障出征太空勇士和航天器的星途坦蕩，不同領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員殫精竭慮，這其中，研究空間碎片監(jiān)測移除技術(shù)的專家同樣肩負(fù)重任。

　　在神舟十一號飛船載著兩名航天員升入太空的三天后，40多位學(xué)者齊聚北京香山飯店，以“空間碎片監(jiān)測移除前沿技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展”為主題，進(jìn)行了為期兩天的研討。在這第573次香山科學(xué)會議上，“任重道遠(yuǎn)”是與會者提到最多的詞，可見星辰大海的征程漫漫，需要更多學(xué)科專家共同攻堅(jiān)克難。

　　——惡化——

　　空間碎片數(shù)量急劇增長

　　聯(lián)合國和平利用外層空間委員會(UNCOPOUS)和機(jī)構(gòu)間空間碎片協(xié)調(diào)委員會(IADC)對空間碎片的定義是：地球軌道上在軌運(yùn)行或再入大氣層的無功能的人造物體及其殘塊和組件。

　　據(jù)介紹，從1957年第一顆人造地球衛(wèi)星升空以來，截至2015年底，人類共進(jìn)行了近5000余次航天器發(fā)射活動，把6700余顆航天器送入軌道。在所有發(fā)射的航天器中只有近一千多個航天器在有效服役，而其他的因喪失功能而變成了空間垃圾，不少已經(jīng)隕落。同時，已發(fā)生過260余次在軌航天器或火箭解體/爆炸/撞擊(破碎)事件。它們產(chǎn)生了數(shù)量眾多的太空垃圾，形成了一個人為的外層空間環(huán)境——空間碎片環(huán)境。

　　到2016年9月底，空間碎片總的質(zhì)量達(dá)到了7000噸。近地空間中，毫米級以上不同尺度的碎片數(shù)以億計(jì)。

　　“更為緊迫的是，近年來，空間碎片的增長速度非常快。”本次會議執(zhí)行主席、中國空間技術(shù)研究院李明研究員在主題報(bào)告中介紹說，在低地球軌道區(qū)域，厘米級空間碎片由2005年的30萬個增長到2015年的50萬個，年增長率達(dá)15%。根據(jù)美國空間碎片研究專家Kessler的研究結(jié)果，按照目前的碎片增長速度估算，如果不采取任何措施，未來70年后碎片數(shù)量將達(dá)到發(fā)生碎片鏈?zhǔn)阶矒粜��?yīng)的臨界值，之后近地空間將徹底不可用。

　　由于在軌衛(wèi)星數(shù)量的不斷增加，使得空間碎片碰撞風(fēng)險(xiǎn)急劇上升。美國宇航局、歐洲空間局的統(tǒng)計(jì)研究均顯示：空間碎片撞擊占空間環(huán)境引發(fā)各類衛(wèi)星失效事件的比例也在逐步增長。

　　——趨勢——

　　天基系統(tǒng)技術(shù)正當(dāng)時

　　如此隱患巨大的太空垃圾，讓世界各國的科研機(jī)構(gòu)都在絞盡腦汁地尋找破解之路。

　　目前，國際空間站專門加設(shè)防護(hù)層以應(yīng)對毫米級碎片的撞擊。多國航天機(jī)構(gòu)也要求發(fā)射入軌的運(yùn)載火箭末級和壽命末期的航天器需作鈍化處理，即排空剩余燃料，對蓄電池和其他有能量部件做失能處理，從而減少產(chǎn)生更多碎片的風(fēng)險(xiǎn)。

　　美國具有國際上最為先進(jìn)和完善的空間碎片地基光學(xué)和雷達(dá)觀測手段，從2009年開始啟用陸基雷達(dá)陣組成“空間籬笆”，系統(tǒng)監(jiān)視空間碎片，這一系統(tǒng)正升級到第二代，最近幾年開始發(fā)展天基監(jiān)測手段。歐洲空間局和俄羅斯也各自組建了空間碎片監(jiān)測系統(tǒng)，提供空間碎片跟蹤觀測和搜索發(fā)現(xiàn)、碎片編目及碎片特征探測、衛(wèi)星的碰撞預(yù)警、運(yùn)動模型及軌道演化等服務(wù)。

　　中國空間技術(shù)研究院總體部的潘騰研究員認(rèn)為，現(xiàn)有的空間碎片地基監(jiān)測手段無法達(dá)到對空域、時域的無縫覆蓋，不能達(dá)到全天域、全天候、全天時監(jiān)測。發(fā)展天基監(jiān)測技術(shù)是空間碎片跟蹤與監(jiān)視的大勢所趨，最終形成天地系統(tǒng)一體化、全天時、全天域、全天候、廣尺度、多手段對碎片的監(jiān)視能力。預(yù)計(jì)美國在2018年具備5厘米以上約10萬個空間碎片的監(jiān)測編目能力和空間事件的快速感知能力，低軌定位精度10米、高軌定位精度100米，可實(shí)時監(jiān)視重要空間碎片。

　　除了監(jiān)測，空間碎片的移除技術(shù)也是各國研發(fā)的重點(diǎn)。據(jù)中國空間技術(shù)研究院總體部的譚春林研究員介紹，所謂主動移除是指對地球低軌道上的碎片進(jìn)行降軌使其進(jìn)入大氣層燒毀，對地球同步軌道碎片使其升軌而進(jìn)入墳?zāi)管壍溃瑥亩�達(dá)到保護(hù)在軌航天器不受碎片撞擊或大幅降低撞擊風(fēng)險(xiǎn)的目的。根據(jù)碎片尺寸大小的不同，目前實(shí)施的技術(shù)主要有機(jī)械臂抓捕、飛網(wǎng)捕捉、太陽帆和激光移除等多種方式。

　　——思路——

　　系統(tǒng)優(yōu)化與頂層設(shè)計(jì)

　　據(jù)了解，我國的空間碎片監(jiān)測在最近幾年有了較大發(fā)展。成立近一年的空間碎片監(jiān)測與應(yīng)用中心，已具備了在軌風(fēng)險(xiǎn)評估、航天器發(fā)射預(yù)警、空間物體安全再入、航天器解體分析、減緩評估、地球同步軌道軌位安全性分析、空間碎片環(huán)境評估等能力。

　　另一方面，我國空間碎片主動移除技術(shù)研究和國外幾乎同時起步，正在從概念研究向關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)過渡，并部分向天基技術(shù)驗(yàn)證轉(zhuǎn)移。但由于缺乏明確的項(xiàng)目計(jì)劃和工程牽引，無法常態(tài)化運(yùn)行，難于實(shí)施碎片環(huán)境治理任務(wù)。

　　與會專家呼吁，對于這個關(guān)系我國太空探索權(quán)益和保障空間資產(chǎn)安全的重要領(lǐng)域，應(yīng)有全局和系統(tǒng)思想，超前謀劃，統(tǒng)一部署，并提出了發(fā)展“1個系統(tǒng)、2個平臺和3個產(chǎn)品”組成的空間碎片環(huán)境治理系統(tǒng)的發(fā)展思路，即“建設(shè)包括由天基空間碎片移除衛(wèi)星星座、天基空間碎片監(jiān)測衛(wèi)星、空間碎片移除中心組成的一個系統(tǒng)；發(fā)展由空間碎片監(jiān)測移除技術(shù)集成地面試驗(yàn)平臺、空間碎片超高速撞擊效應(yīng)集成地面試驗(yàn)平臺組成的兩個平臺；研制空間碎片自主離軌通用化產(chǎn)品、空間碎片在軌感知通用化產(chǎn)品、航天器多功能防護(hù)結(jié)構(gòu)通用化產(chǎn)品構(gòu)成的三類產(chǎn)品”這樣一個發(fā)展思路，進(jìn)一步加大共性關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問題研究的投入，盡早推動空間碎片監(jiān)測與移除專項(xiàng)工程的立項(xiàng)，加快空間驗(yàn)證等工程的實(shí)施，以期及早具備空間碎片全局監(jiān)測與移除的自主能力。

　　——國際——

　　制定統(tǒng)一太空“交規(guī)”

　　事實(shí)上，要真正解決太空垃圾難題，不僅要借助于技術(shù)手段，還需要國際社會協(xié)同合作，制定統(tǒng)一太空“交規(guī)”。在這方面，目前國際組織只是初步訂立了幾項(xiàng)原則，包括航天器到達(dá)設(shè)計(jì)壽命后，要離開有用軌道；對已編號的全部碎片，要進(jìn)行全程跟蹤等。由于涉及到的國際法比較復(fù)雜，這方面還有很長的路要走。

　　據(jù)中國空間法學(xué)會的張振軍教授介紹，空間碎片主動移除目前面臨不少法律障礙，依據(jù)現(xiàn)有的國際空間法，空間碎片盡管屬于有害物，但也并非可以自由進(jìn)行移除，未經(jīng)許可的移除可能侵犯登記國的管轄權(quán)或者所有權(quán)，也會引發(fā)國際沖突及一連串法律后果。畢竟有能力移除空間碎片的國家，就有可能摘除別國的航天器，從而威脅太空安全秩序。這也在一定程度上制約著太空垃圾的清理。

　　背景鏈接

　　空間碎片對航天器造成可怕威脅

　　1983年，“挑戰(zhàn)者號”航天飛機(jī)與一塊直徑0.2毫米的微小碎片相撞，導(dǎo)致舷窗被損，只得提前返回地球。

　　1996年7月24日，法國CERISE衛(wèi)星與阿麗亞娜V型火箭殘骸相撞，導(dǎo)致該衛(wèi)星的重力梯度穩(wěn)定桿損壞，最終衛(wèi)星失穩(wěn)。

　　2013年5月24日，厄瓜多爾“飛馬座”衛(wèi)星在印度洋上空與一枚由前蘇聯(lián)1985年發(fā)射升空的火箭燃料箱殘骸發(fā)生“側(cè)面撞擊”，導(dǎo)致衛(wèi)星壽命終結(jié)。

　　國際空間站迄今為止為了躲避空間碎片撞擊進(jìn)行了24次機(jī)動規(guī)避，每次規(guī)避消耗推進(jìn)劑約30公斤。

　　……

　　近年來空間碰撞事件頻發(fā)，國際上為躲避碎片撞擊而進(jìn)行的衛(wèi)星機(jī)動規(guī)避已達(dá)每年30余次，而因碎片撞擊而導(dǎo)致的衛(wèi)星異常或失效事件也有多起發(fā)生。

　　李明研究員介紹說，在距地面2000公里內(nèi)的人類使用最頻繁的低地球軌道(LEO)上，空間碎片一旦與航天器發(fā)生撞擊，平均撞擊速度將達(dá)10km/s。空間碎片與航天器撞擊產(chǎn)生極高壓強(qiáng)，毫米級以上尺度的碎片會穿透航天器表面，并形成高速碎片云，破壞內(nèi)部的器件和系統(tǒng)，輕則導(dǎo)致航天器表面性能衰退功能喪失，重則對結(jié)構(gòu)和載荷造成嚴(yán)重?fù)p傷甚至使整個航天器徹底爆炸解體，對航天器安全和航天員生命造成巨大潛在威脅。而墜入大氣層的大尺度空間碎片，隕落時可能有部分質(zhì)量未完全燒毀分解，也會對地面安全造成威脅。文·本報(bào)記者 游雪晴