清掃太空垃圾，用什么辦法好呢？太陽帆、地面激光，還有網(wǎng)和抓鉤……迄今，科學(xué)家想了很多招兒，各有利弊。日前瑞士科學(xué)家想出了一個更為有效的法子——發(fā)射“吃豆人”吞噬太空垃圾碎片。
垃圾量達(dá)臨界點(diǎn)
自從人類歷史上第一顆人造衛(wèi)星“史普特尼克”（Sputnik）于1957年10月4日上天，不計其數(shù)的空間飛行器發(fā)射到太空。因種種原因，有些空間飛行器不能按計劃返回或者遺失了某些零件（如多級火箭分離產(chǎn)生碎片等），它們在太空中漫無目的地漂移，形成了地球軌道上巨大的垃圾場。
目前，航天器數(shù)量已經(jīng)超過近地軌道臨界密度限制，這意味著即使沒有更多的衛(wèi)星進(jìn)入這個區(qū)域，空間碎片的水平也將繼續(xù)上升。如果空間系統(tǒng)繼續(xù)以目前的速度發(fā)射，不久就會出現(xiàn)美國科學(xué)家唐納德·凱斯勒于1978年首次提出的凱斯勒綜合征，即當(dāng)太空垃圾過于密集，如果一顆衛(wèi)星偏離軌道或者遭到一顆流星撞擊，事故將產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)而有大量衛(wèi)星被毀，產(chǎn)生更多的太空垃圾，對國際空間站等航天器的安全構(gòu)成威脅。
據(jù)觀測，目前繞著地球飛行的大于1厘米的碎片超過67萬塊，其中1.6萬塊大于10厘米。這些太空垃圾碎片以7公里/秒的速度移動，成為強(qiáng)大炮彈。即使是幾毫米的碎片，也可能會穿透國際空間站的外殼。為躲避一大塊衛(wèi)星殘片，2012年國際空間站上的6名宇航員不得不暫避逃生艙。而隨著地球軌道變得更加擁擠，碰撞事件愈加可能發(fā)生。
2012年，美國國家航空航天局（NASA）公布的一份報告顯示，環(huán)繞地球軌道的太空垃圾數(shù)量已經(jīng)達(dá)到一個臨界點(diǎn)，足以給航天器離開地球帶來困難。負(fù)責(zé)撰寫這份報告的退休高級科學(xué)家唐納德·凱斯勒表示：“我們已經(jīng)失去了對這個空間環(huán)境的控制。”
撒開一張錐形網(wǎng)
清除空間碎片僅僅依靠降低衛(wèi)星發(fā)射的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為了維持可持續(xù)的太空環(huán)境，NASA對每一個大于10厘米的碎片進(jìn)行著仔細(xì)監(jiān)測。目前世界各國啟動了多項(xiàng)舉措，尋找長期的解決之道。
2012年，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院宣布，計劃設(shè)計并推出“清潔太空一號”（Clean Space One）衛(wèi)星，其任務(wù)是清理以每小時28000公里的速度繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的數(shù)千塊被拋棄的火箭和衛(wèi)星部件，把在軌道中捕捉的碎片扔向地球大氣層燃燒殆盡。
總部設(shè)在瑞士洛桑北部小鎮(zhèn)佩耶納的瑞士太空系統(tǒng)公司，計劃于2018年以新開發(fā)的方法發(fā)射“清潔太空一號”衛(wèi)星。該衛(wèi)星的第一個目標(biāo)定為瑞士在2009年發(fā)射的首顆商用衛(wèi)星“瑞士立方體”（Swiss Cube）。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，這個項(xiàng)目已經(jīng)到了奠定里程碑的時候。“清潔太空一號”將部署一個張開的錐形網(wǎng)，一旦閉合即抓獲到小衛(wèi)星。這個錐形網(wǎng)如同日本在上世紀(jì)80年代發(fā)布的游戲“吃豆人”一樣，可以捕捉類似“瑞士立方體”的廢棄衛(wèi)星，然后在大氣中摧毀它。這是一個消除繞地球運(yùn)行的危險碎片的解決方案之一。
此任務(wù)極度精密
為了讓捕捉系統(tǒng)更有效，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院航天工程信號處理中心第5實(shí)驗(yàn)室的工程師，與瑞士西部高等專業(yè)學(xué)院的合作伙伴想出了各種各樣的解決辦法，從帶爪子的鉸接臂到觸手系統(tǒng)，最終選擇了所謂“吃豆人”的解決方案。
日內(nèi)瓦應(yīng)用科學(xué)大學(xué)工業(yè)技術(shù)教授米歇爾說：“這個系統(tǒng)更可靠，能提供比爪子或鉸接臂更靈活機(jī)動的幅度。”
對于這個項(xiàng)目的難度，研究人員說，主要表現(xiàn)在不僅很難把握“瑞士立方體”這個很小的物體，還會受到其反射陽光的干擾。陽光反射會擾亂視覺處理系統(tǒng)，影響速度和距離的估計。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人穆麗爾·理查德強(qiáng)調(diào)，這個任務(wù)操作極度精密，只要對“瑞士立方體”的方向計算出現(xiàn)一點(diǎn)兒錯誤，任務(wù)就會失敗。
目前，研究人員正在測試“清潔空間一號”像機(jī)上視覺系統(tǒng)的算法，力求準(zhǔn)確。研究人員必須考慮各種參數(shù)，如太陽的光照角度、立方體衛(wèi)星物理數(shù)據(jù)、移動的相對速度和所有與測量有關(guān)的不確定性，以及衛(wèi)星自身旋轉(zhuǎn)速度。并且，研究人員還要努力完善視覺信號處理的項(xiàng)目，確保了太空操作處理器的高性能。
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