人类在征服太空的同时，也在地球轨道上留下了大量报废的航天器，产生了一批批无人问津的“太空垃圾”。数据显示，目前已有超过60万块大于1厘米的“太空垃圾”在地球轨道上游离，更小体积的碎片则数不胜数。如何清理这些太空垃圾，成为航空航天研究领域的当务之急。
不久前，欧洲“太空碎片移除”项目组成功完成了世界上首次“鱼叉捕获”太空碎片的在轨试验，这意味着人类将可以使用航天器发射“鱼叉”和“渔网”来清理太空垃圾。事实上，近年来科学家进行过不少清理太空垃圾的大胆尝试，开启了“空间大扫除”的奇思妙想。请看——
防不胜防的“太空杀手”
太空垃圾是指宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体，废弃的助推器、退役的卫星、飞船残骸、航天器表面脱落物、陶瓷碎片、遗失的手套甚至是航天器泄漏的油漆、液滴，都可以算作是太空垃圾。
2009年2月10日，执行电话中继任务的美国“铱星-33”号通信卫星，在太空中偶遇退役多时的俄罗斯“宇宙-2251”号通信卫星。“铱星-33”与这枚已经成为“僵尸”的航天器相撞，立刻粉身碎骨，直接分解成大约2100块碎片。
可别以为这些太空碎片对航空航天行动的影响微不足道，如今它们正成为防不胜防的“太空杀手”。
根据欧洲太空总署的估算，那些高度位于300-450公里近地轨道上的太空垃圾时速高达28800千米，位于36000公里地球静止轨道上的垃圾时速也达到了10800千米。这就意味着，仅一块直径10厘米高速飞行的碎片就可以轻易摧毁飞行器，对卫星、国际空间站、载人飞船造成致命威胁。此前，国际空间站就曾出现过为躲避太空垃圾，宇航员紧急转移到载人飞船中的场景。
太空垃圾不仅不会自生自灭，而且还会“繁衍生息”。科幻电影《地心引力》中就曾出现过这样的场景：一枚人造卫星在遭受导弹袭击后，形成了不断扩大的太空碎片云团。事实上，太空垃圾在空中相互碰撞后，会产生更多的碎片，而新的碎片又会将这一扩散过程持续进行下去，这就是所谓的“凯斯勒现象”。可以想象，如果我们再不对太空垃圾加以控制，未来的太空极有可能被这些垃圾覆盖。
奇思妙想的“空间大扫除”
清理太空垃圾的前提条件是对太空垃圾形成准确的感知。科学家曾在国际空间站上安装了一个特殊传感器，用以记录空间站被微小太空垃圾击中的次数。目前，国际空间站持续跟踪着约2万个直径10厘米左右的太空碎片，但据估计仍有成千上万个微小碎片没有被探测到。
在精准感知太空态势的基础上，人们开启了“空间大扫除”的奇思妙想。欧洲此次实施的“鱼叉捕获”试验，正是“太空碎片移除”项目的第三项试验任务。试验卫星装有“鱼叉”等任务载荷，在试验中用倒刺钩住了目标，成功将太空垃圾“收入囊中”。此前，“太空碎片移除”项目组于2018年完成了首次飞网抓捕立方星的在轨试验。下一步，该项目还计划开展拖曳帆试验，试验卫星将通过拖曳帆带动被捕获的模拟太空碎片拖离轨道。
与太空碎片移除有异曲同工之妙的，还有日本“电动系绳”方案。其原理是通过太空“放风筝”的方法，在飞船上携带700米长的电动系绳，在太空中锁定并抓取太空垃圾，最后拖曳着太空垃圾进入地球大气层烧毁。
日本工程师研发的具有清扫功能的自主机器人卫星，有望成为第一个太空垃圾“清扫工”，它能够利用地球磁场产生的电能吸引地球轨道上的碎片。2020年开始，欧洲科学机构将推出各种服务型太空机器人，用于延长通信卫星的寿命，并可拾取废弃卫星等太空垃圾。此外，瑞士研究人员正计划为卫星配备一个圆锥形的探头，用以推动太空垃圾改变原来的轨道。
警惕潜在的空天对抗
事实上，太空垃圾清理不仅是一般技术难题，同时也是关乎国家空天安全的战略问题。用来移除太空碎片的技术，很容易就能用来捕获正常运行的卫星。未来这些技术一旦发展成熟，在成为太空垃圾“清道夫”的同时，也不可避免地会成为空天对抗的武器。
正是看到了太空垃圾清理技术在未来空天对抗中所蕴含的巨大军事价值，各国军队大力加强对这一技术的研究。
目前，利用激光技术进行太空垃圾清理成为国际研究的热点。欧洲早在2011年就开始实施“激光移除太空垃圾碎片”项目。俄罗斯国家航空航天局正在研制一种威力强大的激光炮，能通过聚焦强激光束使太空垃圾直接汽化。日本研究人员也提出了在航天器上加装光纤激光器方案，通过发射强大的激光脉冲，将太空垃圾打入地球大气层中烧毁。
除了激光技术之外，天基操控技术也是未来实施太空垃圾清理的关键技术。利用天基操控技术实施空天对抗的方式主要有以下几种：
一是欺骗。通过捕获或碰撞等方式将太空碎片移动到己方卫星、空间站等航天器周围，干扰、欺骗对方可能对其实施的空天攻击。
二是威慑。通过开展太空垃圾清理技术试验，捕获太空碎片或微小卫星，展示其实施太空攻击的能力。必要时，直接变轨机动到对方卫星轨道附近，对废旧卫星或较大的太空碎片实施抓捕切割。
三是直接攻击。利用太空垃圾清理技术实施太空攻击，主要方式包括：利用机械臂、飞网、系绳等工具对卫星等航天器实施直接捕获；发射捕获装置，将卫星等航天器直接拖入大气层焚毁；操控太空碎片直接撞击对方卫星等航天器，使其功能受损或被摧毁。
制图：王晨光