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中国科学报 交“买路钱”解决太空“堵车”


中国科学报 交“买路钱”解决太空“堵车”
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计算机生成的太空碎片图像图片来源：NASA
太空越来越拥挤了 。
近地轨道挤满了老化卫星和太空碎片 ， 这增加了新卫星的碰撞风险 。 而新卫星碰撞又增加了太空垃圾……如此恶性循环 。
一项新研究认为 ， 解决太空垃圾问题最有效的方法不是捕获碎片或将旧卫星拖离轨道 ， 而是向运营商收取“轨道使用费” 。 这可能有点像碳税 。
轨道使用费还将提高航天工业的长期价值 。 研究人员近日在美国《国家科学院院刊》发表论文称 ， 每颗卫星的年费上升到23.5万美元 ， 不仅能降低碰撞风险 ， 到2040年 ， 还将使卫星产业的价值增加3倍 。
“太空是人类共同的资源 ， 但公司在决定是否发射卫星时 ， 并没有考虑到这些卫星会给空间环境带来多大的成本 。 ”该论文作者、美国环境科学研究所经济学家MatthewBurgess说 ， “我们需要一种政策 ， 让卫星运营商直接将可能发生的其他成本也计算入发射成本 。 ”
太空也“堵车”
据科学家估计 ， 目前有2万个物体 ， 包括卫星和太空碎片 ， 正飘荡在近地轨道上 。 随着商业卫星的不断增加 ， 太空也将面临“大堵车” 。
2019年4月 ， 美国亚马逊公司提出“柯伊伯项目” ， 计划将3236颗卫星送入近地轨道 ， 为北纬56度到南纬56度之间的区域提供宽带网络服务 。
同年5月 ， 美国太空探索技术公司的“猎鹰9”火箭将首批60颗“星链”卫星“打包”送入太空 ， 之后还将有1584颗卫星部署在地球上空550千米处的近地轨道 。
美国一网公司也在第一阶段部署约650颗互联网卫星 ， 并于去年2月发射了6颗卫星 。
有研究认为 ， 大量卫星的涌入 ， 让轨道开始不堪重负 ， 增加了碰撞风险 。 因此小卫星一旦完成使命 ， 应立即脱离轨道 。
正是出于对减少太空垃圾的考虑 ， 太空探索技术公司不得不将原定在地球上方1150千米高度运行的1600颗卫星减少到1584颗 ， 轨道高度则降低至550千米 。 因为当卫星燃料不足或无法正常运行时 ， 在较低轨道更容易清理——这里的地球大气粒子能更快地撞击卫星 ， 将其推离原有轨道并拖向地球 ， 并终结在大气层里 。
即便如此 ， 研究人员认为 ， 随着每个运营商发射的卫星越来越多 ， 它们的碰撞风险仍会飙升 ， 最终推高轨道卫星的价值 。
“炸掉”还是“拖走”
自2000年以来 ， 太空垃圾协调委员会等国际组织相继制定了实现空间可持续性的准则 。 例如卫星寿命结束后使其失活 ， 或将卫星高度降到足够低以便坠毁在大气层中 。
南京航空航天大学航天学院教授闻新在接受《中国科学报》采访时曾表示 ， 一般按照国际要求 ， 航天器寿命结束后 ， 要变轨 ， 最终飞入南太平洋的“太空垃圾场” 。
但是 ， 火箭残骸或其他较大的卫星碎片 ， 因技术问题会最终成为太空垃圾 。 而目前处理太空垃圾的办法五花八门 ， 甚至有人建议成立专门的作战队 ， 进行太空“交通管制” 。
近日 ， 日本首支“太空作战队”在东京都府中基地成立 。 日本防卫省称 ， 太空作战队的主要任务是监控太空垃圾、陨石及不明卫星 。
2019年升空的金牛座纳星便是为了验证“离轨帆”技术 ， 以减少太空垃圾 。 针对近地700千米以内的低轨微小卫星 ， 采用薄膜“离轨帆”标配装置 ， 能在卫星寿命末期在轨展开 ， 以增大气动阻尼的方式实现“被动离轨” 。
美国米德伯理学院经济学助理教授AkhilRao告诉《中国科学报》 ， 到目前为止 ， 人们提出的太空垃圾解决方案主要是技术或管理方面的 。 技术方案主要包括用网或激光清除轨道上的太空碎片 。 “在卫星寿命结束时将其拖离轨道是管理上的修正 。 ”他说 。
但Burgess表示 ， 像这样的工程或管理解决方案难以解决太空碎片问题 ， 因为它们不会改变运营商的动机 。 例如 ， 清除太空碎片可能会促使运营商发射更多卫星 ， 反过来又使低地球轨道更加拥挤 ， 增加碰撞风险 ， 最终提高成本 。


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