英國將使用最新的激光技術(shù)來追蹤環(huán)繞地球運行的衛(wèi)星的位置，并阻止它們相撞。按照計劃，第一顆測試衛(wèi)星將在今年夏天晚些時候于康沃爾太空港發(fā)射升空。
▲ 英國將于今年夏季晚些時候發(fā)射一顆測試衛(wèi)星，用于測試?yán)眉す庾粉櫟厍蜍壍佬l(wèi)星運動的技術(shù)
該激光追蹤系統(tǒng)由英國初創(chuàng)公司 Lumi Space 開發(fā)，其工作原理是從地球向太空物體發(fā)射激光脈沖，并計算光線反射所需的時間。據(jù)該公司的宣傳，這是一種“利用激光跟蹤衛(wèi)星的簡單而強大的方法”，其目標(biāo)是發(fā)出精確的碰撞警告，以應(yīng)對太空碎片可能帶來的威脅。
▲ 該系統(tǒng)由英國初創(chuàng)公司 Lumi Space 開發(fā)，其工作原理是從地球向太空中的物體發(fā)射激光脈沖，并計算光線反射回來所需的時間
今年 9 月，一顆攜帶這項新技術(shù)的小型測試衛(wèi)星將與其他幾顆衛(wèi)星一起，由維珍集團旗下的小型衛(wèi)星發(fā)射公司維珍軌道（Virgin Orbit）發(fā)射升空，這可能是在英國本土進(jìn)行的首次火箭發(fā)射，具有歷史性的意義。
據(jù)估計，目前地球軌道上約有 3.3 億塊太空碎片，其中包括 3.65 萬個大于 10 厘米的物體，包括廢棄的衛(wèi)星和火箭體等，甚至還有宇航員丟棄的工具。太空碎片可以在地球軌道上停留數(shù)百年，對每年快速增加的新衛(wèi)星構(gòu)成潛在威脅。隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的衛(wèi)星正在為我們提供著各種重要的服務(wù)，包括通信和氣候變化監(jiān)測等。
這顆測試衛(wèi)星由太空科技初創(chuàng)公司 Space Forge 在威爾士建造，安裝了 Lumi Space 公司開發(fā)的逆反射器設(shè)備，能夠?qū)⒐饩€反射回原處。根據(jù)激光往返該衛(wèi)星所需的時間，就可以計算出它的運行路線。
▲ 該系統(tǒng)將搭載 Space Forge 公司的測試衛(wèi)星（如圖），由該衛(wèi)星對其光線反射回地面的過程進(jìn)行監(jiān)測
這項技術(shù)的難點在于，激光束必須從地球上瞄準(zhǔn)，其精度必須達(dá)到 2 角秒。與此同時，衛(wèi)星正以每小時近 2.9 萬公里的速度飛行。當(dāng)然，這樣的技術(shù)并不新奇。在阿波羅任務(wù)期間，美國國家航空航天局（NASA）就在月球上安裝了逆反射器，用于精確測量近月衛(wèi)星與地球的距離。
不過，Lumi Space 公司的新系統(tǒng)預(yù)計將比目前的方法精確數(shù)百倍，并將是首個向私營太空公司提供的系統(tǒng)。該系統(tǒng)將搭載 Space Forge 的衛(wèi)星或“平臺”進(jìn)入太空，然后由地面接收其穿過上大氣層反射回來的光信號。Lumi Space 公司的希拉?維爾迪說：“這能為我們提供有關(guān)太空物體位置的信息，其準(zhǔn)確性是其他信息來源的 500 到 1000 倍。這可以稱得上是太空態(tài)勢感知的黃金標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
“隨著未來十年所計劃的大量任務(wù)陸續(xù)開展，對近地軌道的可持續(xù)管理迫在眉睫，而了解物體在太空中的確切位置是其中的關(guān)鍵部分，”維爾迪補充道，“我們正致力于開發(fā)新的技術(shù)，為衛(wèi)星運營商提供高精度的定位信息，以此填補市場空白?！?/p>
Lumi Space 公司希望將衛(wèi)星碰撞警告的誤報率降至 5% 以下。Space Forge 公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官安德魯?培根表示：“為了確保我們的 Forge Star 平臺能夠準(zhǔn)確返回地球，并根據(jù)需要獲得微重力，我們需要 Lumi Space 正在開發(fā)的那些創(chuàng)新技術(shù)。追蹤一顆以每秒近 8 公里的速度移動的小型衛(wèi)星將是一項令人印象深刻的壯舉，我們迫不及待地想利用這些數(shù)據(jù)來提高我們對在高層大氣中飛行方式的理解。”
Space Forge 公司的終極目標(biāo)是在太空中建造工廠，以生產(chǎn)地球上無法生產(chǎn)的材料。“英國在太空的可持續(xù)利用方面處于領(lǐng)先地位，因此，看到兩家富有創(chuàng)新精神的英國公司展開合作，將衛(wèi)星追蹤技術(shù)納入 Space Forge 公司的核心業(yè)務(wù)，是一件非常棒的事情?！庇教炀值囊炼?安尼特說，“我們正處在一個歷史性的時刻，從英國本土發(fā)射的第一顆衛(wèi)星將引發(fā)新一輪的創(chuàng)新浪潮。”
什么是太空垃圾？
據(jù)估計，人類的各項太空任務(wù)所留下的“太空垃圾”大約有 1.7 億塊，大如廢棄的火箭級，小如油漆碎片。與這些垃圾一起在地球軌道上運行的，是價值約 7000 億美元的各種太空基礎(chǔ)設(shè)施。
▲ 太空碎片可以在地球軌道上停留數(shù)百年，對每年快速增加的新衛(wèi)星構(gòu)成潛在威脅
然而，我們目前只能追蹤到 2.7 萬塊太空碎片，而且這些碎片能以超過 2.7 萬公里 / 小時的速度飛行，即使是極其微小的碎片也可能嚴(yán)重?fù)p壞甚至摧毀衛(wèi)星。
那么，我們要如何處理這些太空垃圾？傳統(tǒng)的抓取方法在太空中不起作用，因為吸盤無法在真空中正常工作，而且太空中的溫度對膠帶和膠水等物質(zhì)而言太低了?；诖盆F的夾持器也沒有用，因為地球軌道上的大多數(shù)太空碎片是沒有磁性的。
▲ 目前，大約有 50 萬塊人造太空碎片環(huán)繞在我們的星球周圍，包括廢棄的衛(wèi)星、航天器碎片和火箭殘骸等
目前提出的大多數(shù)解決方案，包括“太空魚叉”等，要么需要較強的外力，要么會導(dǎo)致較強的相互作用，都可能會將這些碎片推向意想不到的、不可預(yù)測的方向。
專家指出，在絕大多數(shù)對地觀測衛(wèi)星、測地衛(wèi)星和空間站所采用的近地軌道，以及通信、氣象和監(jiān)測衛(wèi)星所處的地球靜止軌道上，太空碎片的威脅尤為突出。
地球軌道上有多少物體？
自 1957 年以來的火箭發(fā)射次數(shù)：6200 次；
進(jìn)入軌道的衛(wèi)星數(shù)量：13100 顆；
仍在太空中的衛(wèi)星數(shù)量：8410 顆；
仍在運行的衛(wèi)星數(shù)量：5800 顆；
碎片物體數(shù)量：31500 塊；
分解、爆炸等事件：630 次；
軌道上物體的質(zhì)量：9900 噸。
利用統(tǒng)計模型預(yù)測軌道上的碎片數(shù)量
大于 10 厘米：36500；
1 至 10 厘米：100 萬；
1 毫米至 1 厘米：1.3 億。
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