空间“一般清洁”工具箱中增加了磁性“真空吸尘器”
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与逐个清除单个垃圾碎片的方法相比，探索空间垃圾分批、分片、分区清理的技术要求更为迫切。
中国科学院国家天文台研究员
平劲松
近日，日本Astroscale公司发射的ELSA-d卫星成功进入550 km低地球轨道，由175 kg卫星体和17 kg目标组成。卫星主体装有磁性对接系统，将释放目标并在空间捕捉，模拟太空垃圾回收。
据相关报道，目标将发布三次。在最后一次实验中，卫星主体将在大范围内搜索目标，并在飞行到同步旋转状态后将其捕获。如果实验成功，未来有可能在卫星上推广磁对接系统，从而清理空间垃圾，保护空间轨道安全。
磁捕获回收太空垃圾可行吗？4月18日，《科技日报》记者采访了中科院国家天文台研究员平劲松。
磁性对接是一种有益的尝试
通常，两个航天器在飞行轨道上交叉相遇，然后在控制下连接成一个整体。这项技术主要用于航天飞机、空间站模块和载人货运-空运转移空间舱之间的各种对接和拼接服务。在接受《科技日报》记者采访时，平劲松表示，该技术在嫦娥五号探测器国内采样返回任务中对接上升舱和返回舱时得到了完美应用。作为一种基本的航天飞行控制技术，它用于捕获——个太空中的两个飞行物体，其中一个被控制自由飞行。当它们非常接近时，受控物体物理捕捉——个自由飞行物体是一种有效的应用扩展。
对接捕捉的方法不一样。常见的方法是在近距离和捕获阶段，通过适合近程导航测量的光学成像传感器或激光雷达感应法，一步一步地接近或接触目标，然后采用抛物线手段进行捕获。抛接端可以是刚性锚或链锚、柔性绳网、拉伸机械臂等。日本Astroscale公司这次采用的磁力对接法，是一种另类的抛物线捕捉“技术练习”。平劲松说，卫星主体上带有光学标记的铁磁对接板可以捕获目标，可以多次释放和捕获目标，提高了技术水平。
平劲松强调，这次也验证了铁磁对接板吸收空间微小碎片的能力，这种方法可以用于含有铁、镍等可磁化物质的空间碎片。
批量处理太空垃圾是一个迫切的技术需求
废弃的卫星和不受控制的太空金属碎片是太空垃圾的主要“家庭成员”。由于它们的运动速度快，冲击力强，很可能击中甚至摧毁轨道上的卫星、火箭和空间站，对人类的空间活动构成极大威胁。
特别是近年来新增的低轨导航通信增强星座淘汰了短期快速故障率接近10%的卫星设备，进一步增加了太空垃圾的数量。因此，采取低成本、有效的方式清理空间垃圾是未来人类空间活动的必要过程。
Astroscale第三次捕获是主卫星真实捕获操作的全过程模拟演练。——主卫星模拟远距离搜索碎片，主动定位并接近目标碎片，最终捕获。
平劲松对这一波操作的评价是，这种方法在控制自身的前提下，是捕捉目标垃圾碎片的可靠手段，避免了碎片直接冲击的风险。原因是磁铁吸附捕获的碎片在成功捕获后，可以通过主体变轨落入大气层而被摧毁。“与逐个清除单个垃圾碎片的方法相比，探索批量、分片、分区清理空间垃圾的技术需求更为迫切。”平劲松补充道。
太空垃圾的商业清理是可以预期的
随着商业航天和商业卫星技术的快速发展，拥有一颗卫星的技术门槛越来越低。平劲松表示，在相关政府和大型航天机构买单的前提下，以清理太空垃圾为主营业务的Astroscale等商业公司将以低成本高效益的模式赢得商机，逐步将这项业务发展成为航天产业的重要分支。
为此，人们有理由期待，下一个典型的太空垃圾清理业务，欧空局购买的——“清洁太空一号”(Clean Space One)商业卫星，将在2025年清理2013年发射的“维斯帕”(Vespa)号飞船的上级。
根据计划，“清洁太空一号”将由Vega -C火箭发射，并将部署到500公里高度的轨道上进行一系列测试。当卫星状态确认正常后，将逐渐调整轨道，开始捕捉Vespa航天器的上一级。
平劲松介绍，在这个过程中，卫星将自动完成大部分工作，但在一些关键的状态点，仍然需要人工干预，以确认能否继续。“清洁太空一号”在成功捕获目标后，将与太空垃圾一起进入破坏性轨道，通过与大气的相互作用而燃尽。
《清洁太空一号》像《吃豆人》一样捕捉到了维斯帕飞船的末级。平劲松说它配有四个机械臂。当接近目标时，张开的机械臂向中心折叠，完成捕捉过程。由于Vespa航天器末级的运动状态具有高度的不确定性和随机性，清洁空间一号必须利用基于视觉的人工智能准确判断目标的位置和状态，才能成功完成捕获。
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关链接人类为减少太空垃圾操碎了心
此前，人类处理太空垃圾的常用手段有很多，早期的无奈之举是弃之不用，任其长期存在于轨道飞行。也就是把即将失效的地球同步轨道卫星移入更高的“坟墓轨道”，通过关闭或自毁卫星的工作功能，抛弃地球同步轨道卫星。
针对低轨道的卫星，人们则采用主动、半主动和被动方式进一步降低卫星运行轨道。在大气阻尼作用下轨道高度衰减，卫星坠入大气销毁。这类操作的典型事例包括载人空间站任务结束后的处置，以及绕月球和深空探测器任务结束后的受控硬“着陆”等。
平劲松告诉科技日报记者，随着太空垃圾增多，多国国营和商业航天公司在尝试新方法清理太空垃圾。日本的国际空间站货运飞船，尝试了释放金属导索吸附微小太空垃圾，通过放电让吸附的垃圾减速并降低高度，进而坠入大气层烧毁。
针对不受控的小型空间垃圾碎片，多国航天公司主张使用吸附、抓捕、网捕的提议和尝试较多，其中一个提议是使用“太空鱼叉”将其击碎，碎片的一部分会坠入大气，另一部分就按照小型垃圾碎片处理。
