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全球首輛太空“垃圾車”將為“瑞士製造”

“清潔太空1號”就像一隻巨手,用四根金屬手指捕獲太空碎片。 ESA

這是歐洲航天局(ESA)首次向一家初創企業撥出如此巨額款項(8600萬歐元)。受益企業是一家瑞士公司,其使命將是清理太空碎片。

此内容发布于 2021年01月04日 - 09:00

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2009年2月10日,格林尼治標準時間下午4時56分:美國商業衛星“銥星33號”與俄羅斯軍用衛星“宇宙2251號”以近4.2萬公里的時速相撞。兩個航天器“粉身碎骨”,產生了600多塊金屬碎片,這些碎片以步槍子彈20倍的速度散落。

這是第一起記錄在案的太空碰撞事故,但絕不是唯一一起。有些碰撞甚至是有意為之的結果:俄羅斯、美國、中國和印度都主動摧毀過本國的一顆或多顆衛星,用來測試太空導彈。這些爆炸又產生了成千上萬的新碎片,可能會損壞任何軌道上的航天器,包括國際空間站。這正是編劇兼電影導演阿方索·卡隆(Alfonso Cuarón)在其影片《地心引力》(Gravity)開頭所描繪的情景。

想法的誕生

早在2009年,瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的穆里爾·理查德-諾卡(Muriel Richard-Noca)和她的學生們正在慶祝共同打造的SwissCube迷你衛星的成功發射。雖然首個純瑞士製造的太空軌道器的體積不超過一盒牛奶,但這位航天工程師已經在考慮,它何時會成為一塊太空垃圾。畢竟,SwissCube衛星按計劃會從數月前“銥星33號”與“宇宙2251號”的碰撞區域附近飛過。那次碰撞產生的碎片還在太空中飛行。

2012年,為了應對太空碎片對SwissCube衛星造成的風險,理查德-諾卡和洛桑理工的空間中心啟動了一個名為“潔淨太空”(CleanSpace)的太空垃圾清理項目。與此同時,歐洲航天局的物理學家路易莎·因諾森蒂(Luisa Innocenti)說服該航天局啟動了一個獨立項目,並將其也命名為“潔淨太空”計劃(CleanSpace)。

特殊的項目

八年後,這個洛桑理工發起的項目轉化為一家初創公司,並更名為“清潔太空”公司(ClearSpace)。該公司於2019年秋季宣布,它被歐洲航天局從包括幾家歐洲工業巨頭在內的13家候選機構裡選中,負責開展這項工作。這家初創公司的員工人數不久前從5人增加到20人。

這是歐洲航天局首次簽定“總承包”服務採購合同,而非親自執行任務。更重要的是,這是官方航天機構首次向一家初創企業投入金額如此巨大的資金。歐洲航天局將提供8’600萬歐元,由ClearSpace負責補齊預算所需的剩餘2’400萬歐元。

但正如12月初線上新聞發布會上所指出的那樣,ClearSpace不僅僅是一家初創公司。在過去的一年裡,該公司綜合協調歐洲8個國家的企業和研發機構共同推行項目工作,其中不乏空客公司(Airbus)、瑞士軍工企業RUAG等產業巨頭。值得一提的是,後者還負責生產阿麗亞娜號(Ariane)火箭的有效載荷整流罩。因此,雖然“清潔太空1號”衛星尚處於圖紙設計階段,但其建造工作將由經驗豐富的公司來完成。歐洲航天局還將在每期資金支付之前對項目進行必要的檢查。

諸多未知數

“清潔太空1號”(ClearSpace-1)計劃於2025年搭乘歐洲織女星號(Vega)火箭飛往太空。它的任務是捕獲太空碎片,然後與太空垃圾一起進入再入軌道。大氣摩擦將導致被捕獲的碎片和“清潔太空1號”一起燒毀,讓太空變得更加干淨和安全。

此次待捕獲的目標為織女星火箭二級有效載荷適配器(VESPA)。雖然它與意大利著名的電動摩托車品牌沒有任何關係,但它的體積和重量跟一輛摩托車差不多-約為112公斤。 VESPA是一個小金屬錐體,它用於分離同一運載火箭上搭載的多顆衛星。 2013年,它在距地球800公里的低空軌道上從織女星號火箭上分離。

然而,此前從未有人在太空中捕獲一個“不合作”的物體。 VESPA通過自轉自由地飛行,沒有後台操作人員或發動機。

“我們都在電影中看到過,一名宇航員在試圖抓住一個工具時,做了一個錯誤的動作,工具像飛行的高爾夫球一樣消失在太空中。這和VESPA的運動原理完全一樣, ”因諾森蒂說。 “清潔太空1號”必須張開四臂,才能順利捕獲物體。

另一個麻煩來自太陽,太陽光會影響攝像頭視野,可能使“清潔太空1號”在關鍵時刻看不清目標。因此,這位“碎片獵人”將不得不一步步向前移動,並在人工智能的幫助下不斷重新校準每個動作。一旦捕獲成功,“清潔太空1號”需要處理一個全新的物體,在決定投放地點和方式之前,必須先了解其動態。

這個動畫反映了地球軌道附近“擁擠”的環境。 ESA

不止是清潔工

最後,“清潔太空1號”將和它捕獲的碎片一起在上層大氣中燒毀。為了處理一個太空垃圾,要付出的這個代價似乎太大了,但歐洲航天局和ClearSpace公司卻不這麼認為。

2025年的這次飛行任務將是一系列任務中的第一次,未來有望開發出一種能夠同時處理多個軌道垃圾的航天器。已經有人在討論在一次任務中銷毀五塊甚至十塊碎片。

此外,ClearSpace公司的技術還可用於空中加油和維修,以延長某些衛星的壽命。從長遠來看,人們還計劃在地球軌道上組裝遠距離航天器,這些航天器太重了,無法通過直接發射來擺脫地球引力。

ClearSpace公司主管盧格·皮古特(Luc Piguet)表示:“我們的目標是提供低成本和可持續的在軌服務。”他估計,有朝一日這個潛在市場的價值可能達到“每年幾億至數十億美元”。

責任不明確

該由誰來處理太空碎片?又由誰來提供資金?聯合國2002年通過的《外空碎片減緩指南》僅提及在發生事故時國家的責任,而對私營部門的角色隻字未提。這是否意味著太空碎片不關任何人的事?

事不盡然。舊的和新的(或未來的)碎片的管理方式存在區別。目前的規則十分精確,即使不具有法律約束力,空間機構和私營實體也必須遵守。例如,一個衛星發射器必須計劃在25年後重新進入大氣層,並攜帶足夠的燃料來進行自動操作。

正如皮古特指出的那樣,“我們發射的衛星越來越多。自2010年以來,在軌物體的數量增加了16倍”。這種現象主要歸因於衛星互聯網星座的發展,如SpaceX的“星鏈”(Starlink)和OneWeb等項目。但這些參與者“非常清楚這個問題的存在,並在積極主動地尋找解決方案”,ClearSpace的主管說。

因此,最大的問題在於舊碎片。皮古特堅持認為這個問題的處理“機不可失,失不再來”!

因諾森蒂說:“聯合國內部正在討論對衛星發射徵稅,用於資助由聯合國管理的太空清理基金。但這些討論還停留在外交層面上。這有點像全球氣候變暖,我們覺得自己有的是時間,所以進展非常緩慢。”

(譯自英語:瑞士資訊中文部)

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