Astroscale发射太空碎片清除任务

卫星技术已经取得了长足的进步苏联于1957年发射了斯普特尼克1号它那简单、催眠的无线电信号掩盖了它所预示的巨大变化。在这期间，地球上的居民已经开始依赖卫星来做一切事情，从电视广播、全球定位系统(GPS)到天气预报和监测气候变化。

自然地，这种依赖导致了扩散，头顶的天空变得越来越密集，布满了以巨大速度绕着地球运行的金属块。有时，它们会发生碰撞。迄今为止最大的一次轨道撞击发生在2009年，当时报废的俄罗斯卫星Kosmos-2251与铱星33相撞。撞击的相对速度估计为11.7公里/秒或约42,120公里/小时，两个大物体在瞬间暴烈地变成了成千上万个小物体。对于航天工业来说，这是噩梦。

“有人说我们已经引发了所谓的凯斯勒综合症，美国宇航局的一位科学家预测，随着碎片碰撞，这种情况会越来越多……碰撞也会越来越频繁，”太空总署英国董事总经理兼首席商务官约翰·奥本(John Auburn)说卫星移除公司Astroscale．

在这种反馈循环中，空间碎片引发了不可逆的轨道碰撞级联，这是一种非常真实的可能性，而且可能——正如奥本所暗示的——已经处于其原始阶段。它不仅会导致近地轨道(LEO)成为垃圾的垃圾场，卫星无法再运行，还会使太空旅行的危险指数级增加，理论上会把我们困在地球上一个由我们自己的失败技术组成的球形原子笼子里。

宇宙清理:解决空间碎片问题

鉴于风险如此之高，太空界一直在寻找解决方案也就不足为奇了，尽管到目前为止主要是在假设的领域。网、激光和鱼叉都曾被提出用来捕获或摧毁太空碎片，尽管在轨道上进行的实际测试在范围和成功方面都受到了限制。Astroscale是几家希望改变这种状况的私营公司之一。

它还可能使太空旅行的危险性成倍增加，理论上会把我们困在地球上一个由我们自己的失败技术组成的球形、原子化的笼子里

Astroscale的总部设在日本，但在英国和世界各地都设有办事处，于2021年3月在哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场启动了ELSA-d (Astroscale演示临终服务)任务。在未来的几个月里，航天器将试图展示主动碎片清除任务的关键阶段，执行复杂的交会操作，以演示使用磁性对接板捕获目标卫星。

Astroscale未来业务(欧洲)主管杰森·福肖博士解释说:“我们拥有的是一个服务端和一个客户端，在我们发射时实际上是对接在一起的。”“服务方是负责交会和复杂操作的卫星。它大约3.5米宽，安装了太阳能电池板，重约175公斤。客户端(17公斤)是被捕获的一个，当然这是模拟空间碎片。”

ELSA-d将执行的第一个操作将是一个非翻滚的对接演示，客户端和服务器将分离，然后在一条直线上交会和对接，这应该是一个相对简单的过程。下一阶段，两颗卫星将再次分离，服务人员将进行一次飞行检查演示，分析客户端并制定最佳对接方法。由于目标将会翻滚，这是一个更加复杂的操作，ELSA-d配备了相机、激光突击器和雷达来执行。

第三个——甚至更复杂——被称为客户发现的演示，涉及到服务人员故意丢失客户，然后飞行一个“行走安全椭圆”，以便重新发现并重新捕获客户。假设一切按计划进行，服务人员和客户端将脱离轨道，在地球大气层中燃烧，并在我们头顶的太空碎片海洋中形成最初的几滴。任务控制将由位于牛津郡哈维尔校区卫星应用弹射器的新在轨服务控制中心(IOCC，下图右)执行。

福肖说:“这将是第一个由这个中心控制的任务，这个IOCC将是世界上第一个致力于在轨服务任务的任务控制中心。”

Astroscale公司希望它的对接板技术，或者另一种全球接受的标准，可以被整个航天工业采用，并推广到所有新的卫星和航天器上。虽然这是重要的一步，可以帮助在未来为预计在未来十年发射的大约1万颗卫星提供保障，但它对解决现有空间碎片的问题几乎没有任何帮助。

“为了Astroscale的任务，我们需要做两件事，”英国Astroscale公司的首席航天器运行工程师克里斯·沃克说。“把我们向太空中添加的碎片数量控制在最低限度，其次，如果可以的话，我们希望把一些已经在太空中的大块碎片弄下来。”

自Sputnik发射以来，NASA和其他机构使用了各种方法来探测和跟踪太空中的人造物体，从卫星和航天器到更大的碎片。根据美国太空监视网络(United States Space Surveillance Network)的数据，目前大约有2万个这样的物体正在被跟踪，还有大约3.4万个大于10厘米的碎片没有被积极监测，估计有1.28亿个小于1厘米的碎片。

平均而言，国际空间站每年必须进行一次操作，以减少与跟踪物体发生轨道撞击的几率。对于更小的碎片，它配备了惠普尔护盾来分散即使是很小的碎片在如此高速下所携带的巨大能量。但任何超过1厘米的物体都有可能穿透这些护盾，而空间站的工作人员都非常清楚这种持续的威胁。减少这种威胁对载人航天的未来至关重要。

奥本说:“科学家们相信，如果我们每年击落5个大型天体，就能稳定局势。”“威胁来自较小的物体，但大的物体会产生小的碎片。”

为此，Astroscale公司正在与日本航空研究开发机构(JAXA)合作，希望在明年发射一项任务，调查从之前发射的火箭中移除现有上层的可能性。

“它将进行检查，它将弄清楚火箭主体是如何翻滚的。它安全吗?它坏了吗?”奥本说。“很明显，它没有任何对接板，我们今年将竞标把它弄下来。

“这将需要某种可以锁定的机械臂，我们正在日本与其他公司一起开发这种机械臂。我们可以把这一能力带到英国。”

Astroscale公司也在研究ELSA-M (M代表多客户端)，它是最近发射的演示器的继任者，每次任务将有能力去除三到四个大碎片。如果成功，每年只需执行几次ELSA-M任务就可以帮助防止碎片问题升级，并随着时间的推移逐渐使太空成为宇航员和卫星都更安全的地方。对于航天工业来说，它是存在主义的，从任何意义上来说都是如此。