地球軌道淨灘行動 清除殘骸 衛星升空

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太空垃圾數量持續增加,令人怵目驚心。圖/法新社

編譯/潘楠慕
太空垃圾泛指已失去作用的人造天體 ,包括已除役的衛星或太空船等,有些十分巨大,有的則因為互相碰撞變成小碎片。
太空垃圾有逐漸增加的趨勢,據美國太空監測網(U.S. Space Surveillance Network)統計,直徑大於十公分的地球軌道天體已超過兩萬個,其中只有約一千個是還在運作中的太空船或衛星,其餘都是太空垃圾,如果連其他大小的碎片或殘骸一起計算,總量則高達五十萬個。美國國家研究委員會報告指出,地球軌道已接近能承載的太空垃圾數量的臨界點。
這些太空垃圾,會和衛星或太空船對撞,對太空任務造成威脅,影響人們部署在太空的電信和環境監測系統。舉例來說,二○一六年,國際太空站(International Space Station,ISS)的窗戶就曾因為遭到太空垃圾碰撞而產生小裂痕。此外,太空垃圾返回大氣層時也會對地面城市與人類生活安全造成威脅。
為了解決太空垃圾的問題,由英國主導的太空垃圾清運任務「清除殘骸」(Remove Debris)計畫今年已然啟動,從國際太空站發射的「清除殘骸」衛星業已展開測試,希望衛星上搭載的科技,能夠把地球軌道上的太空垃圾全部清除。
在「清除殘骸」衛星上,搭載一張可以把垃圾拖走的大網子、還有一支每秒能高速發射的魚叉,並採用視覺導航(Vision Based Navigation,VBN)系統,透過2D攝影機和3D光學雷達技術追蹤太空中的殘骸。
清除太空垃圾的計畫並非首次出現,例如使用機器手臂在太空中抓取。相較之下,「清除殘骸」計畫的程序較為簡單,成本也較低。
「清除殘骸」計畫是一項跨國合作方案,包括進行衛星釋放作業的航太公司NanoRacks。此計畫主要由英國薩里大學的薩里太空中心負責,且由薩里衛星科技公司負責組裝衛星,但運用的技術有賴歐洲多國的機構協助,歐盟執委會則提供一千五百萬歐元資助這項計畫。
依據規畫,今年十月,任務衛星會先測試能捕捉垃圾的網子,十二月則測試VBN系統,而魚叉最快需在明年二月才進行測試。
這個實驗性計畫預定明年三月結束,屆時「清除殘骸」衛星將脫離飛行軌道,返回地球大氣層並燃燒殆盡。研究人員指出,相關的紀錄和數據,將透過攝影機傳回地球。
薩里太空中心負責人艾里耶提(Guglielmo Aglietti)說:「歷經將近五年的研發後,我們終於可以開始實際測試這個令人興奮的技術。一旦成功,『清除殘骸』所使用的各種技術,就能在不久的將來運用在其他任務上。」
同樣參與計畫的空中巴士太空系統(Airbus Space Systems)部門負責人查姆西(Nicolas Chamussy)表示:「我們已投入很長一段時間研發創新的系統,在第一現場處理愈來愈嚴重的太空垃圾問題,希望對永續發展目標有所貢獻。我們會繼續和全球的團隊緊密合作,運用我們的專長,協助處理這個問題。」
太空垃圾重回地球 解析通行大氣層過程
太空垃圾數量日益增多,可能成為太空甚至地球的安全威脅,相關的問題漸受重視。不過科學家指出,這些太空垃圾,其實也是研究的理想目標。
依據《自然》期刊報導,科學家們目前已能精準計算出太空垃圾掉落地球的時間與地點,並藉此模擬衛星與其他太空殘骸進入地球的情況。
美國亞利桑納州的卡特里納天文觀測實驗室(Catalina Sky Survey)先前就發現了一塊朝地球而來的太空垃圾,並將其命名為「WT1190F」。科學家和天文學家發現,「WT1190F」環繞地球的軌道比月球還長,這種狀況在太空垃圾中相當罕見,研判這塊垃圾是人類造成的,很有可能是美國阿波羅登月任務中的火箭殘骸。哈佛大學天體物理學家麥克道威爾(Jonathan McDowell)形容,「WT1190F」就像是太空歷史中失落的一塊,現在「重回地球」。
麥克道威爾強調,「WT1190F」不會威脅人類,因為它「速度很快,通過大氣層時將產生高溫,只會剩下一些密度比較高的部分墜入海裡」,他也幽默地說,他不會選在那些小殘骸墜落的時段,到相關海域釣魚。
科學家們對「WT1190F」充滿期待,希望利用這個機會研究太空物體掉落的情形。歐洲太空總署的天文學家米切利(Marco Micheli)說:「我們的第一目標,是多了解衛星重返地球的過程,以及來自高偏軌道的殘骸怎麼進入地球。」
他指出:「WT1190F提供了絕佳機會,這可以考驗我們是否準備好迎接任何未來可能進入大氣層的物體,包含小行星。WT1190F的情況,與小行星進入大氣層很像。」
回收太空垃圾 商機無限
歐洲太空總署地面控制中心公布的電腦模擬圖像顯示,太空垃圾已經讓地球上空變成大型垃圾場。有鑑於此,各國開始正視並研究解決之道,一些企業也從中察覺商機。
Nature網站報導指出,對太空中的人造衛星、垃圾及其他物體進行監控的「太空狀況感知」(Space Situational Awareness,SAA)技術,原本是由美國軍方研發與執行,如今民間企業也積極投入這項偵測技術,搶攻商業大餅。
俄羅斯著名航天專家洛波塔指出,清理一塊小小的太空垃圾,代價可能高達兩千萬至五千萬美元。洛波塔預估,二○二○年時,清除太空垃圾的市場規模將達三十億美元。
洛波塔表示,位於海拔八百公里處的太空垃圾,需要數十年才會自行消滅,地表一千公里以上者則需數百年。因此,人工清除太空垃圾勢在必行,商機也因應而生。
一家稱為Astroscale的公司,也正瞄準這個市場。創辦人岡田光信(Mitsunobu Okada)計畫利用一枚俄羅斯火箭,發射一顆重量為五十磅、名為IDEA OSG 1的衛星,衛星所攜帶的面板,可以測量哪怕是由不到一毫米的碎片,所製造的撞擊次數。岡田說,Astroscale會利用這些數據,就各種高度和位置的碎片密集度,繪製出詳盡的地圖,地圖則可賣給衛星運營商和航太機構。
其他企業也試圖抓住這個商機,例如日本JAXA和日本最大魚網製造商Nitto Seimo合作,設計金屬網線製成的魚網,打造出以鋁及不鏽鋼為材質的魚網,利用金屬魚網在通過地球磁場時產生的電力,以網繩拴住太空垃圾,在不威脅地球的情況下使垃圾在大氣層燃燒殆盡。
全日空控股(ANA)則贊助太空垃圾回收作業研發。該公司表示,未來人類的生活空間極有可能移往宇宙,因此將會產生更多太空垃圾,太空垃圾的回收是環保更是商機。創業不再只局限在地球上,外太空的世界,也能成為創業的契機。

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