太空垃圾量达临界点 清扫工作还看“吃豆人”

　　清扫太空垃圾，用什么办法好呢？太阳帆、地面激光，还有网和抓钩……迄今，科学家想了很多招儿，各有利弊。日前瑞士科学家想出了一个更为有效的法子——发射“吃豆人”吞噬太空垃圾碎片。

　　 垃圾量达临界点

　　自从人类历史上第一颗人造卫星“史普特尼克”(Sputnik)于1957年10月4日上天，不计其数的空间飞行器发射到太空。因种种原因，有些空间飞行器不能按计划返回或者遗失了某些零件(如多级火箭分离产生碎片等)，它们在太空中漫无目的地漂移，形成了地球轨道上巨大的垃圾场。

　　目前，航天器数量已经超过近地轨道临界密度限制，这意味着即使没有更多的卫星进入这个区域，空间碎片的水平也将继续上升。如果空间系统继续以目前的速度发射，不久就会出现美国科学家唐纳德·凯斯勒于1978年首次提出的凯斯勒综合征，即当太空垃圾过于密集，如果一颗卫星偏离轨道或者遭到一颗流星撞击，事故将产生连锁反应，进而有大量卫星被毁，产生更多的太空垃圾，对国际空间站等航天器的安全构成威胁。 

　　据观测，目前绕着地球飞行的大于1厘米的碎片超过67万块，其中1.6万块大于10厘米。这些太空垃圾碎片以7公里/秒的速度移动，成为强大炮弹。即使是几毫米的碎片，也可能会穿透国际空间站的外壳。为躲避一大块卫星残片，2012年国际空间站上的6名宇航员不得不暂避逃生舱。而随着地球轨道变得更加拥挤，碰撞事件愈加可能发生。

　　2012年，美国国家航空航天局(NASA)公布的一份报告显示，环绕地球轨道的太空垃圾数量已经达到一个临界点，足以给航天器离开地球带来困难。负责撰写这份报告的退休高级科学家唐纳德·凯斯勒表示：“我们已经失去了对这个空间环境的控制。”

　　 撒开一张锥形网

　　清除空间碎片仅仅依靠降低卫星发射的数量远远不够，为了维持可持续的太空环境，NASA对每一个大于10厘米的碎片进行着仔细监测。目前世界各国启动了多项举措，寻找长期的解决之道。

　　2012年，瑞士洛桑联邦理工学院宣布，计划设计并推出“清洁太空一号”(Clean Space One)卫星，其任务是清理以每小时28000公里的速度绕地球运转的数千块被抛弃的火箭和卫星部件，把在轨道中捕捉的碎片扔向地球大气层燃烧殆尽。

　　总部设在瑞士洛桑北部小镇佩耶纳的瑞士太空系统公司，计划于2018年以新开发的方法发射“清洁太空一号”卫星。该卫星的第一个目标定为瑞士在2009年发射的首颗商用卫星“瑞士立方体”(Swiss Cube)。

　　据物理学家组织网近日报道，这个项目已经到了奠定里程碑的时候。“清洁太空一号”将部署一个张开的锥形网，一旦闭合即抓获到小卫星。这个锥形网如同日本在上世纪80年代发布的游戏“吃豆人”一样，可以捕捉类似“瑞士立方体”的废弃卫星，然后在大气中摧毁它。这是一个消除绕地球运行的危险碎片的解决方案之一。

　　 此任务极度精密

　　为了让捕捉系统更有效，瑞士洛桑联邦理工学院航天工程信号处理中心第5实验室的工程师，与瑞士西部高等专业学院的合作伙伴想出了各种各样的解决办法，从带爪子的铰接臂到触手系统，最终选择了所谓“吃豆人”的解决方案。

　　日内瓦应用科学大学工业技术教授米歇尔说：“这个系统更可靠，能提供比爪子或铰接臂更灵活机动的幅度。”

　　对于这个项目的难度，研究人员说，主要表现在不仅很难把握“瑞士立方体”这个很小的物体，还会受到其反射阳光的干扰。阳光反射会扰乱视觉处理系统，影响速度和距离的估计。

　　项目负责人穆丽尔·理查德强调，这个任务操作极度精密，只要对“瑞士立方体”的方向计算出现一点儿错误，任务就会失败。

　　目前，研究人员正在测试“清洁空间一号”像机上视觉系统的算法，力求准确。研究人员必须考虑各种参数，如太阳的光照角度、立方体卫星物理数据、移动的相对速度和所有与测量有关的不确定性，以及卫星自身旋转速度。并且，研究人员还要努力完善视觉信号处理的项目，确保了太空操作处理器的高性能。(记者华凌)