太空垃圾，會阻礙人類的星辰大海之路嗎？_ASA

劃重點

★太空垃圾如果雪崩式增長，會阻礙人類的星辰大海之路。

★太空垃圾的低成本高效清理，是我們面臨的一個技術挑戰。

“保羅和我利用助推器靠近了它，正在拴連結繩的時候，保羅的面罩上突然出現了一個洞……空氣從面罩中沖出來，他一下子就飛出去老遠，我只好眼睜睜地看著他旋轉……在他的嘴角右側，有個一元硬幣大小的窟窿，正是這個洞使他顯出一張怪異的大嘴。不過他確實臉帶笑意，他肯定是在一瞬間失去了生命，那瞬間的微笑就凝固成為永恒。仿佛在昭示：生命是多么的脆弱。”

幸好，上面這起慘烈的太空事故，只是袁英培的小說《太空神風》中虛構的情節。但如果我們不早點開始應對太空垃圾的威脅，這種場景只怕以后就會成真。

火必開啟火星計劃：孫宇晨將帶領1位火必用戶共赴太空:4月14日，火必聯合波場TRON在香港舉辦火必之夜主題活動。活動現場，波場TRON創始人、火必全球顧問委員會成員孫宇晨宣布，在火星用火必！火必正式啟動“火星計劃”。該計劃第一階段以帶領火必用戶登陸火星為終極目標，通過系列活動選出一位幸運的火必用戶與孫宇晨一起乘坐”藍色起源新謝潑德號\"共赴太空。孫宇晨表示，火必的夢想是星辰大海，格局將是整個宇宙。火必將攜手用戶共同開啟這次火星計劃之旅，探索未知的宇宙。火必用戶將成為Web3領域內最先進入太空的一批人。”

據悉，“火星計劃”共分為12期，并評選出12位候選人。之后再通過行前訓練，身體素質檢查等等各項標準選出1位最終與孫宇晨共赴太空的用戶。活動過程中，火必通過NFT的形式為用戶發放抽獎號碼，用戶完成各項任務即可獲得領取抽獎號碼的資格。在抽獎號碼發放完成后，通過區塊哈希值，公平公正的進行抽獎。選出幸運候選人。此外，火必將向參與的用戶分發千萬美金獎勵。[2023/4/14 14:04:51]

在STS-126中丟失的工具包

SpaceChain完成EVM區塊鏈在太空的測試:金色財經消息，SpaceChain今天宣布完成其為Velas Network AG創建的空間節點的測試，該節點托管在一顆低地軌道衛星上，獨立于地面網絡。該空間節點現在能夠提供為Velas設計的全部功能，包括交易簽名、智能合約部署、去中心化金融（Defi）活動和不可偽造代幣（NFT）的鑄造，以及Velas代幣（VLX）交易。 （prnewswire）[2022/7/12 2:06:48]

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太空垃圾為何如此致命？

可能有的朋友會奇怪，太空中這些垃圾，感覺比日常生活中的垃圾好像也高不到哪兒去啊？能有什么危害呢？無非就是看到大塊的垃圾躲開，小渣渣直接無視就行了唄？

道理其實很簡單，那就是速度，同樣是一顆子彈，別人用手扔給你，你很輕松就能接住，但如果是從槍膛里以數百米每秒的速度射向你，那就得出人命了，而太空垃圾的運動速度，遠超槍彈。

Filecoin：第二輪太空競賽兩軌道均有特定的獎勵形式:9月24日，Filecoin官方正在進行第二輪太空競賽的AMA活動。在回答社區提問時，Filecoin官方表示，對于第二輪太空競賽兩個軌道，將有一個特定的獎勵結構。具體而言：1.對于Slingshot，所有有資格獲得獎勵的存儲參與者將會有一個獎金池。獎金池的大小由網絡上存儲的數據總量決定。參與者共同存儲的數據越多，被解鎖的獎勵池的規模就越大。而最終獎勵將根據每個項目存儲的數據量按比例在所有Slingshot參與者中分配。2.對于Orbital Burn，礦商獎勵的主要機制將是：(1)以轉移/預加載到主網中扇區的存儲能力，以及（2）以覆蓋轉移扇區形式的抵押品FIL。[2020/9/24]

太空垃圾之所以會對在軌航天器產生致命威脅，正是由于空間碎片的高速碰撞。相對地球來說，太空垃圾本身的速度常超過7.5km/s，而步槍的子彈速度只有大約1km/s，太空垃圾有可能和空間飛行器發生對撞，最高速度可以高達15km/s。別看一個大小在厘米尺度的空間碎片不起眼，但已足夠摧毀整顆衛星。即使是毫米尺度的碎片，也有可能癱瘓衛星。

t01155成為FIL太空競賽第一個出塊的非官方節點:據filfox數據，北京時間11:28，點存科技集群節點t01155成為Filecoin太空競賽第一個出塊的非官方節點，塊高為656，目前該節點已經挖到了兩個塊。另外，非官方節點也增加到了9個。點存科技表示，其實在之前點存科技就已出塊，但是官方代碼存在bug導致出塊失敗，這似乎也是太空競賽中發現的第二個bug。[2020/8/25]

美國航天飛機上的撞擊坑

俄羅斯和平號空間站上被太空垃圾破壞的太陽能電池板

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美國宇航局、歐洲航天局正在考慮區塊鏈技術的太空應用: 據Bitcoin Magazine消息，美國國家航空航天局（NASA）和歐洲航天局(ESA)正在考慮將區塊鏈技術應用于太空任務和內部操作。根據NASA的一份名為“比特幣、區塊鏈以及高效分布式的航天器任務控制”的報告，我們可以看到區塊鏈技術可以在涉及多個元素的分布式航天器任務中行使有用的價值。人工智能(AI)和區塊鏈技術可以進一步整合在一起，使基于空間的傳感器網絡更加高效和靈敏。ESA也在默默研究一些創新的區塊鏈解決方案。最近，該機構一直在調查區塊鏈技術對歐洲航空局的空間活動和管理區域主要挑戰的適用性。由實習生Torben David和高級協調員Gianluigi Baldesi共同撰寫的一篇題為《分布式賬簿技術:利用區塊鏈為ESA帶來成功》的立場文件，提供了區塊鏈技術及其主要應用的一系列簡明摘要，并列出了該機構任務的幾個潛在的應用程序。特別需要注意的是，該報告提到了更快更準確的支付系統，基于區塊鏈的簡化采購的智能合約應用程序、審計過程以及記錄保存、數據的可追溯性和訪問權，以及投票和直接的民主。[2018/2/23]

如何防范太空垃圾造成的意外？

人們提出了4種辦法，用于防范太空垃圾造成意外破壞。分別是監測和預警、碰撞規避和防護、離軌和棄置策略以及主動清除。

監測和預警

對空間碎片保持監測，并對其進行編目和碰撞預警是降低空間碎片撞擊風險的第一步。各個航天大國都建有空間監測網絡，如美國空間監測網絡(SpaceSurveillanceNetwork)，既包括天基的衛星平臺，也包括地面的雷達、光學望遠鏡。

美國兩代空間目標監測“空間籬笆”。

左圖：部署在美國本土的第一代，右圖：部署在海外的第二代

碰撞規避和防護

碰撞規避和防護是通過“躲”和“防”的方式應對可能出現的太空垃圾碰撞威脅。當在軌航天器與較大的空間碎片或其他物體存在較高的碰撞風險時，通過變軌離開碰撞軌道是最簡單直接的規避方法。但以消耗燃料、損失其工作壽命為代價。從1999年部署至2020年9月，國際空間站為規避空間碎片共變軌28次，其中2020年1月至9月共執行3次碰撞規避變軌。

對于更小的碎片，可以通過提升航天器自身防護水平以直接抵抗空間碎片的撞擊。

與常識相反，單純增加航天器外殼的厚度并不是高效的做法，很多時候采用的是FredWhipple早在1947年針對空間微流星體提出的多層防護措施。Whipple提出微流星體在擊穿一塊厚度與自身尺度相當的材料后會因高溫而氣化和電離，因此只需在航天器外1英寸的距離上包裹一層約6—7mm厚的材料，即可防護空間微流星體的撞擊。這一防護措施被稱為Whipple防護。目前，國際空間站和我國的天宮空間站，均裝有Whipple防護板。

左側為模擬只加厚倉壁，而右側則為加上Whipple防護板的效果，圖片來自NASA

離軌和棄置

由于大氣阻力作用，低軌衛星會在阻力作用下自然降低軌道。低軌衛星在工作壽命結束后，如果25年內可以再入大氣隕落，則不需要處置。如果軌道高度不太低，需要采取適當的離軌措施降低軌道，遵照25年內隕落的建議。

對于地球靜止軌道衛星，工作壽命結束后可以抬高軌道至“墳墓軌道”。墳墓軌道可以保證被棄置的衛星不與正常的靜止軌道相交，確保靜止軌道工作衛星的安全。除此以外，為了進一步減緩空間碎片，減少不必要的解體事件，航天器或火箭體在棄置時需要耗盡內部能源，包括：(1)排空或燃盡推進劑；(2)電池放空電量；(3)釋放艙內壓力。

主動清除

對于近地空間越來越多的空間碎片，比較合適的處置方式是主動將其清除。目前主動清除尚在理論研究和實驗階段，常見的方案包括附著后推離軌道、柔性網拖離軌道、激光燒蝕反推離軌等。

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為了星辰大海，垃圾真的不能再增加了

目前編目在冊的空間碎片已超過2萬個，而受觀測手段限制尚不能跟蹤到的厘米以下更小的碎片則超過1億。其實早在20世紀70年代就有科學家提出，衛星等航天器因碰撞而解體，可能由此引發連鎖反應。

NASA約翰遜航天中心軌道碎片項目辦公室統計的各類型較大碎片的數目

這就是大家所熟知的“凱斯勒效應”(Kesslersyndrome)。簡單來說就是除非大尺寸廢棄物體的數量顯著降低，否則隨著物體間隨機碰撞的發生，碰撞產生的碎片將成為新碎片的重要來源，發生類似原子彈爆炸的鏈式反應，碰撞越來越多。太空垃圾逐漸包圍地球，使得新的航天發射無法進行。

太空垃圾如果數量過多，超過了臨界密度，發生“凱斯勒效應”，從而雪崩式增長，將會阻礙人類的星辰大海之路。

為此，美國、歐洲、俄羅斯，還有我國都在發展太空垃圾主動清除技術。太空垃圾的低成本高效清理，是我們面臨的一個技術挑戰。相信以后隨著人類太空活動的增加，將會出現像小說《太空神風》以及動漫《星空清理者》中的太空垃圾回收行業。

作者|周炳紅中國航天科普大使，空間科學傳播專家工作室副主任，中國科學院國家空間科學中心研究員

審核|劉勇中國航天科普大使，中國科學院國家空間科學中心研究員，博士生導師，美國新罕布什爾大學理學博士，中國科普作家協會理事，航天科技教育聯盟特約專家

責編|丁崝

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