雖然人類已經可以對部分太空垃圾進行有效的編目管理，但對於如何批量處理太空垃圾，目前仍然缺乏直接高效的辦法。專家認為，要區分太空垃圾所處的軌道高低和體積大小，有針對性地採取不同手段進行處理。

不久前，一大塊俄羅斯太空垃圾靠近國際空間站，導致國際空間站不得不進行機動規避，這也導致了宇航員原本預定的太空行走計劃被迫中斷。而這種事件並非個例。2022年12月15日，俄羅斯“聯盟MS-22”號飛船發生泄漏事件，經檢測發現該飛船存在一個0.8毫米的洞，可能是由微隕石或小塊太空垃圾造成的。

近地軌道空間雖然廣闊，但除了衛星以及飛行器外，其實早已遍布大大小小的太空垃圾，擁擠不堪。隨著人類航天發射活動密集進行，有可能會對航天任務造成損害的太空垃圾治理問題再次引發廣泛關注。

微小的太空垃圾碎片數量可能上億

如果能夠給地球拍個全景圖片，並將地球空間軌道上目前能夠被監測到的空間碎片以及失效衛星等太空垃圾全部標記出來，我們將會看到一幅非常震撼的畫面：地球已經被密密麻麻的太空垃圾包裹。

在這些太空垃圾中，既有小到需要以毫米計算的碎片，如航天器外部因強烈的紫外線照射而脫落的油漆碎片等﹔也有長數米、重數噸的大型物體，如失效衛星、太陽能電池板等。

在太空垃圾的數量分布上，存在著體積越小、數量越多的規律。由於不同機構的統計方法並不一致，國際航天界對於空間軌道中存在的太空垃圾總量尚無准確定論。但大致可以確定，目前空間軌道中直徑在10厘米以上的太空垃圾不少於2萬個，直徑在1厘米以上、10厘米以下的太空垃圾則有數十萬個，直徑小於1厘米的則可能達到上億個。

數量如此龐大的太空垃圾是有人故意亂扔的嗎？答案當然是否定的。雖然國際空間站曾多次丟棄過氨罐、相機腳架等，甚至還於2021年扔出過一塊重約2.5噸的舊太陽能電池板，但這些物體在短暫繞地球旋轉后便會落入地球大氣，並在大氣中燃燒殆盡，因此並不會成為長期在軌的太空垃圾。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光告訴科技日報記者，事實上，除了少數因達到使用壽命或因為故障而失效的衛星等航天器外，大多數太空垃圾，尤其是數量巨大但體積微小的碎片垃圾，主要是由失效航天器解體或太空垃圾之間碰撞造成的。“失效航天器、大碎片解體或碰撞后會形成大量小碎片，小碎片之間還可能會繼續發生碰撞，產生數量更多、體積更小的碎片。”楊宇光說，於是在一次次解體或碰撞中，大量太空垃圾被制造出來。

除了體積和數量之間存在相關關系，太空垃圾在軌道分布上也有一定規律。楊宇光表示，軌道高度在500—1000公裡的區域是太空垃圾的“重災區”，“首先這個范圍內過去存在著大量衛星，互相之間發生碰撞的可能性較大。其次是這一范圍內大氣十分稀薄，物體繞地球旋轉的速度下降緩慢，因此在短時間內很難脫離原軌道，墜入大氣。”而在軌道高度300—400公裡區域，雖然也曾發射有大量衛星，但該區域內大氣密度較高，太空垃圾會在相對較短的時間內受大氣阻力影響降低高度，最后落入大氣中燒毀。

將太空垃圾登記在冊進行追蹤管理

雖然太空垃圾已經將地球團團圍住，但楊宇光告訴記者，目前國際上已經能夠對大多數具有較大威脅的太空垃圾進行追蹤編目，監測其運行軌跡，從而在航天活動中對其進行合理規避。

楊宇光介紹道，目前追蹤監測太空垃圾的手段主要有兩種，分別為雷達觀測和光電觀測。雷達觀測的原理是地面向天上發射無線電波，空間軌道中無論是正常工作的衛星還是太空垃圾，都會將無線電波反射回地面。地面雷達站接收到空間物體反射回的無線電波后，對其進行分析處理，便可實現對太空垃圾的發現、編目，以及對其位置、速度等運行信息的監測。

區別於傳統的有源雷達，不久前，澳大利亞媒體報道了一種監測太空垃圾的新方法，利用的卻是無源雷達。無源雷達自身不需要發射機來發射電磁波，主要依靠接收他源反射的微波能量來對目標進行探測，通常擁有更高的靈敏度。由於地球上每時每刻都在向太空中發射大量無線電波，其中一部分便會被太空垃圾反射回地面，進而被無源雷達接收到，實現對太空垃圾的監測。楊宇光表示，該方法理論上或許可行，但實際應用效果如何仍需進一步了解觀察。

除了雷達觀測，常見的監測太空垃圾的方法還有光電觀測。該手段主要利用光電望遠鏡觀測空間軌道中的物體，主要設備有大視場空間碎片光電望遠鏡等，但通常其隻能在物體反射太陽光的情況下才可實現觀測。楊宇光表示，不管是哪種觀測方法，目前都存在一定的局限性，尤其是對於微小太空垃圾的監測仍有較大瓶頸。他進一步介紹道：“目前人類已經能夠實現對位於較低軌道的、直徑在1厘米以上，位於較高軌道的、直徑在10厘米以上的空間物體進行追蹤。但目前都是物體越大越容易監測，而太空垃圾則是體積越小的反而數量越多。”

成本問題制約太空垃圾治理

看得見，但不一定“摸”得著。雖然人類已經可以對部分太空垃圾進行有效的編目管理，但對於如何批量處理這些太空垃圾，目前仍然缺乏直接高效的辦法。楊宇光表示，直接捕獲太空垃圾進行收集處理，當然是人們能夠想到的最簡單且直接的辦法，但卻也是成本最高的辦法之一。“太空垃圾都處在不同軌道上，如果要靠近它們就需要不斷變軌，變軌就需要消耗推進劑，成本太高。因此這種辦法無法用於批量處理太空垃圾。”

楊宇光給出了他認為未來處理太空垃圾可能行之有效的辦法，首先要區分太空垃圾所處的軌道高低和體積大小，有針對性地採取不同手段。由於空間物體繞地球運行的軌道高度與其環繞速度有關，當其速度降低后，其所能維持的軌道高度便會降低，因此軌道高度特別低的太空垃圾無須進行過多干預，其受到外層大氣阻力后會逐漸降低速度，最后自主墜入大氣，燃燒殆盡。

而對處於低軌道上部且體積較小的太空垃圾來說，楊宇光認為可以將攜帶半導體激光器的衛星發射到太空中，對體積較小的太空垃圾進行照射，高能量激光會將垃圾部分氣化，蒸氣的反作用力會減小其運行速度，從而縮短墜落時間。“假如這顆衛星可以繞地球旋轉相當長的時間，那麼隻要它與太空垃圾擦肩而過，就可以對其進行照射。雖然一次照射的作用可能微乎其微，但若能反復多次照射，將會產生顯著作用。”楊宇光補充道，並且半導體激光不依賴化學燃料，隻需要靠衛星的太陽能電池板提供電力便可長久發揮作用。而對於體積較大的太空垃圾，由於其本身數量較少，因此派出航天器對其進行捕捉清除或許是可行的方案之一。

但捕獲之后如何處理？楊宇光認為，將其直接“扔”回大氣層內並不可取，“那同樣需要消耗大量能量，也是不劃算的。”他指出，可以在捕獲后給其加裝離軌帆，幫助其快速脫離軌道，墜入大氣層。離軌帆是一種配置在衛星等航天器上，可在太空中實現自主展開的薄膜結構。其質量非常輕，但薄膜帆面展開后像一個“大風箏”，可以大大增加航天器的氣動阻力，從而使其慢慢減速，逐漸脫離原軌道。楊宇光表示，雖然目前有多種清理太空垃圾的手段方法被提出，但都面臨成本較高的問題，這一方面需要世界各國繼續在技術上進行探索，另一方面各國也應攜手建立更加合理有效的外層空間管理機制，合力應對太空垃圾問題。

科技日報實習記者 都芃

分享讓更多人看到