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国外空间碎片清除计划马楠贵先洲（国防科技大学航天科学与工程学院）当前，近地球轨道上分布的空间碎片达到了前所未有的数量，且呈现加速增长的趋势，若不实施主动清除，碎片的数量将在未来200年内快速增长，给空间系统安全带来巨大的威胁。对空间碎片实施主动清除已成为主要航天国家的共识。SpaceInternational/国际太空2013.264空间碎片1概述据美国空间监视网（SSN）观测（截至2012年7月4日），近地轨道中直径大于10cm的物体共有16399个，其中现役航天器不足1000个，而90%以上为失效或失控的空间碎片，其中质量大于2kg的编目碎片约2500个，它们集中分布在距地球600～1000km的轨道上。由于空间碎片轨道的自然衰减过程相当缓慢，所以若不采取措施，碎片数量将以每年5%的速度增加。空间碎片问题的严重性和迫切性已受到各航天国家、组织越来越多的重视。多国正在积极探索可行的解决方案，并为推动研究工作取得实质性进展而提供适当的政策支持和资金保障。例如，美国在2010年6月公布的新版《国家航天政策》中，特别增加了3项与空间碎片相关的条款：一是强调空间态势感知在碎片监测上的应用；二是提出必须同时开展碎片减缓与清除；三是促进空间碰撞告警措施的制定。其他航天国家也在积极组织开展关于空间碎片的责任、政策、立法、清除策略与技术的研究，并举办以空间碎片为主题的国际研讨会，加强沟通和交流，以推动建立统一的空间碎片约束、管理和操作规范。为了避免出现空间碎片级联碰撞效应（KesslerSyndrome），近地球轨道的大型碎片（废弃航天器/火箭体）是碎片清除的首要对象。美国航空航天局（NASA）开展的空间环境演化仿真研究结果表明，若要抑制空间碎片总量的增长，需要在实施碎片减缓措施的同时，从2020年开始每年最少清除5块近地球轨道大型空间碎片。在碎片清除系统方案选择上，当前各国一致倾向于“捕获＋离轨”式清除方案。其工作过程是：碎片清除器首先依靠跟踪定位系统逐渐逼近失去姿控能力的目标碎片（非合作目标），进行捕获，然后依靠轨道转移（离轨）系统将目标拖入大气层烧毁，或降低其轨道，待其日后自行衰减。清除器主要包括捕获空间碎片（红色为“风云”碎片，绿色为其他可能威胁在轨卫星和空间站的碎片）SpaceInternational/国际太空2013.265空间碎片电动碎片清除器在轨展开示意图系统、轨道转移系统，以及其他辅助系统，如导航系统、通信系统等。其关键技术是非合作目标捕获技术和高效轨道转移技术。美国、欧洲和日本的空间碎片主动清除研究起步较早，已提出了各自的碎片清除方案，部分关键技术已开展在轨演示验证。但总的来说，当前的发展水平距在轨应用尚有差距，仍处于关键技术突破和掌握阶段。器和飞网管理器组成，各部分通过导线（强化铝带）连接，在轨展开长度超过10km，质量小于100kg，收纳体积为0.11m3，每个“改进型一次性运载火箭”的次级有效载荷插槽可容纳2个这样的清除器。飞网约有几十平方米大小，质量约50g，由位于缆绳末端的飞网管理器进行控制，不能重复使用，每个管理器携带100张飞网。电动碎片清除器运行在低地球轨道上，利用电动力学原理，通过太阳电池翼转化电能，在导线中形成电流，由其中一端的电子发射器发射电子，飞行器另一端的裸露铝导线收集电子，形成电流回路。由于电动碎片清除器处于地磁场中，所以通过磁场作用便会施加1个洛伦兹力在导线上。力的大小决定于导线2美国的电动碎片清除器2010年8月，美国国防高级研究计划局（DARPA）公布了正在研制的空间碎片清除技术演示验证项目—电动碎片清除器（EDDE）。电动碎片清除器主要由太阳电池翼、电子发射电动力缆绳示意图SpaceInternational/国际太空2013.2661km发射器发射器飞网控制器导线太阳电池翼飞网控制器空间碎片空间激光：可以使较小的碎片落入衰减的轨道使空间碎片加速掉落大气层中焚烧的三种方法1958年发射的先锋-1是最早的空间碎片探测器星载激光电动链绳：通过微型游走机构和空间碎片连接，通过流过链绳的电流和空间碎片的相互作用，可以将太空垃圾拉低收集卫星：可以用网捕获大的空间碎片，并将其释放在较低的轨道，使其进入大气层失效卫星链绳微型游走卫星空间碎片的形成、危险和清除的长度、电流以及磁场的局部场强和方向。整个电动碎片清除器系统在空间是缓慢旋转的，旋转周期约15min，电动碎片清除器以此保持张力和稳定性。电动碎片清除器方案的最大优点是无需携带推进剂，而是依靠薄膜太阳电池与电动力缆绳产生高效动力，它可在其寿命期内产生数百千米每秒的累计速度的变化量。在400～1000km的轨道上，1个电动碎片清除器可产生7kW的功率，可以每天爬升或下降数百千米，或者以1°/天的速率改变轨道倾角。电动碎片清除器的电动力缆绳（EDT