2018年9月，“空間碎片移除”計劃的試驗衛星成功網(wǎng)捕用于模擬空間碎片的立方體衛星。NASA
空間碎片是人類(lèi)航天活動(dòng)的產(chǎn)物?？臻g碎片的定義非常嚴格，是指地球軌道上或再入大氣層的一切已失效人造物體，包括其碎塊或部件，俗稱(chēng)“太空垃圾”?？臻g碎片的構成主要包括：失效航天器、火箭殘骸、操作性碎片、解體碎片（指由前三類(lèi)物體在軌運行過(guò)程中爆炸或碰撞產(chǎn)生的碎片）。
越是衛星密集的軌道，空間碎片數量越多。高度2000公里以下的低地球軌道和36000公里附近的地球同步軌道是空間碎片最為密集的區域。從數量上看，在當前所有地球周?chē)目臻g物體中，解體碎片占比多達60%，火箭殘骸占比8%，操作性碎片占比8%，失效航天器占比12%，另外一些還有異常碎片占比2%。工作的航天器只占了一點(diǎn)點(diǎn)，大概10%。經(jīng)觀(guān)測分析，目前已經(jīng)知道的大于10厘米的空間碎片大約有2.3萬(wàn)個(gè)，可能還有6000—7000個(gè)沒(méi)有看到或追蹤到，總數在3萬(wàn)個(gè)左右；1厘米到10厘米之間的碎片據估計有90萬(wàn)個(gè)；毫米級的碎片大概有1億多。
躲避比子彈還快的空間碎片
在太空中，空間碎片運行速度接近第一宇宙速度（7.9千米/秒），是狙擊槍子彈最大出膛速度的幾倍。一旦空間碎片與航天器發(fā)生碰撞，輕則導致航天器表面磨損、功能失效，重則導致航天器的在軌解體，甚至對航天員的人身安全構成威脅。如何躲避空間碎片是航天器空間飛行面臨的一個(gè)非常嚴峻的問(wèn)題。
對航天器開(kāi)展碰撞預警，避免其遭受大碎片碰撞，可以提高航天器空間飛行的安全性。碰撞預警包含發(fā)射預警和在軌預警兩個(gè)階段工作。發(fā)射預警是預測發(fā)射之后短期內有沒(méi)有碎片和航天器未來(lái)可能去的軌道、位置有危險的交會(huì )，一旦發(fā)現危險，可以通過(guò)改變發(fā)射時(shí)間來(lái)躲避碰撞。在軌預警是指預測穩定運行的航天器在未來(lái)一段時(shí)間內是否與空間碎片存在危險交會(huì )，一般通過(guò)控制航天器進(jìn)行軌道機動(dòng)規避來(lái)躲避危險交會(huì )碎片。在軌機動(dòng)規避的方式有兩種：一種是改變航天器到達與碎片軌道交會(huì )點(diǎn)的時(shí)間，避免碰撞的發(fā)生；另一種是抬高或者降低航天器的軌道，使得變軌后的軌道與原定交會(huì )點(diǎn)有高度差，從而規避碰撞。
主要航天國家和國際組織都會(huì )對所屬重點(diǎn)航天器執行碰撞預警和機動(dòng)規避。截至2020年，國際空間站已執行規避危險碎片操作28次，其中僅2020年就有3次。歐洲空間局（ESA）平均每顆低軌衛星每年需執行兩次避碰操作。我國自神舟五號飛船開(kāi)始，對飛船進(jìn)行發(fā)射預警和在軌預警已經(jīng)成為常態(tài)化。隨著(zhù)空間碎片環(huán)境的不斷惡化，航天器碰撞預警需求將急劇增加。
清除空間碎片各國有絕招
隨著(zhù)航天活動(dòng)的蓬勃發(fā)展，如不加以治理，空間碎片環(huán)境將快速惡化。在軌空間碎片大量累積將導致航天器運行風(fēng)險隨之增加，甚至造成軌道空間無(wú)法利用。
為維護外空活動(dòng)的長(cháng)期可持續發(fā)展，需要采取主動(dòng)措施從地球軌道上移除一些對空間碎片環(huán)境長(cháng)期演化有較大影響的空間碎片。目前，空間碎片主動(dòng)清除的方式主要可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是接觸式的，如機械臂抓、網(wǎng)捕等；另一類(lèi)是非接觸式的，如激光推移、離子束推移等。不管何種方法，其目的都是讓碎片離開(kāi)當前軌道，避免再次與其他在軌碎片發(fā)生碰撞。國際上目前已經(jīng)開(kāi)展了一些概念研究和初步的演示驗證實(shí)驗。
1993年，美國國家航空航天局（NASA）提出利用地基脈沖激光器清除近地軌道垃圾的“獵戶(hù)座”計劃。該計劃擬采用地基激光清除空間碎片，以減緩空間碎片對載人航天的威脅。后期該計劃將重點(diǎn)轉移至在軌激光清除。
2013年，英國薩里太空中心聯(lián)合歐洲多家研究機構，在歐盟第七框架計劃資助下，啟動(dòng)“空間碎片移除”計劃。2018年6月，試驗衛星脫離空間站開(kāi)始入軌運行。該計劃演示了空間目標的網(wǎng)捕、魚(yú)叉清除過(guò)程，以及碎片在軌跟蹤技術(shù)。
2018年9月，試驗衛星成功網(wǎng)捕用于模擬空間碎片的立方體衛星；同年10月，試驗衛星星載探測設備對立方體衛星的旋轉和移動(dòng)進(jìn)行跟蹤。2019年2月，試驗衛星的“魚(yú)叉”成功撞擊并擊穿目標面板，驗證了其抓捕空間碎片的能力。
2019年12月，ESA委托瑞士初創(chuàng )公司實(shí)施的“清潔太空”計劃已于2020年3月啟動(dòng)，并將于2025年發(fā)射航天器，清理位于軌道上的一塊碎片——織女星火箭二次有效載荷適配器。
近年來(lái)，我國在空間碎片主動(dòng)清除方面也取得了長(cháng)足發(fā)展。2016年6月，我國發(fā)射自主研制的“遨龍一號”空間碎片主動(dòng)清除飛行器，開(kāi)展了空間碎片探測、識別、跟蹤與操作等在軌演示驗證試驗，為后續開(kāi)展空間碎片主動(dòng)清除創(chuàng )造了基本條件。（來(lái)源：中國國家天文）
