太空垃圾的清理从经济上看是否合算？
2016/09/20 补充部分图片，对一些表述不准确的地方进行了修改，并感谢评论区知友 ， ， @ 王威等的指正。 ============================================================== 题主所说的太空垃圾，准确的提法叫“空间碎片”。问题中关注两个方面：一是有什么影响，二是各国的态度。 为了更好地理解上述两个方面，拟从以下几个部分回答: 1，空间碎片的来源 2，空间碎片的现状 3，空间碎片的危害 4，空间碎片的应对策略 5，各国的态度 1，空间碎片的来源 空间碎片是指在地球轨道上运行的或正在再入大气层的一切人造的但已经失效的物体及其部件。这个概念有点拗口，对于大众来说，可简单理解为地球轨道上运行的失效航天器或其碎块。 图1  空间碎片 空间碎片的主要来源包括： 1）废弃的航天器，如燃料耗尽或已失去控制的卫星，火箭的上面级等； 2）航天器因故意或意外解体形成的碎块； 3）操作性碎片，如航天员出舱活动时不慎丢掉的螺钉、工具、手套等； 4）前苏联RORSATs卫星冷凝剂泄漏的NaK液滴； 5）固体火箭发动机喷射物中的三氧化二铝粒子； 6）美国为发展全球通讯曾经在轨道上播撒的大量铜针。 图2  空间碎片的主要来源 2，空间碎片的现状 自从上世纪50年代人类开启太空活动以来，空间碎片数量逐年增加，空间环境日益恶化，图3直观地显示了空间碎片环境的演化。 图3  空间碎片环境演化过程 目前已经探测并能够跟踪的空间碎片（10cm以上）大约有17000多个，而无法准确跟踪的厘米甚至毫米级碎片数以亿计，如图4。 图4  编目空间目标的数量 空间碎片绝大部分位于地球低轨道，其中800km高度轨道上分布密度最大，高轨道较少，如图5。 图5  空间碎片的轨道分布 3，空间碎片的危害 空间碎片的危害最主要的就是对在轨运行的航天器（卫星、空间站等）造成撞击损伤甚至撞击解体。 空间碎片在轨道上与航天器的平均相对运行速度大约10km/s，在如此高的速度下，哪怕只是毫米级的碎片撞击都可能使航天器外壳被击穿，造成辐射器管路工质泄露（从而航天器热防护性能下降），或内部关键部件损坏，或空间站压力泄露危及航天员安全。如果是大碎片撞击，直接就导致航天器四分五裂，参考地心引力的画面。 典型危害案例： 1）美国航天飞机每次执行任务回来后都能在表面发现不少撞击坑，其弦窗玻璃因碎片撞击损伤而更换； 2）曾经法国樱桃色号卫星因遭受空间碎片撞击其重力梯度杆导致发生翻滚失控； 3）2009年俄罗斯报废的cosmos2251军事卫星与美国铱星公司在役的iridium33卫星发生撞击，两者都发生解体，从而又增加了上千个空间碎片。 图6  美国航天飞机STS-7任务后舷窗玻璃上的碎片撞击坑 图7  哈勃望远镜维修时发现的碎片撞击坑 图8  电影《地心引力》中空间站被碎片撞击解体画面 4，空间碎片的应对策略 主要包括防护、规避、减缓、清除四个方面。 防护：主要针对厘米级以下碎片，在高价值卫星、空间站等航天器外壳增加防护层，使其能够抵御小碎片的撞击而不至于被击穿。防护层主要采用质量轻而强度好的材料，如铠夫拉纤维布，金属丝网等，采用多层间隔组合的形式安置于航天器外壳，主要起到粉碎来袭碎片并拦截其二次碎片的作用以保护航天器壳体。 图9  典型的多层防护结构 图10  国际空间站碎片防护结构示意图 （每种颜色代表一种防护结构，空间站上总共安装了约500个防护结构） 规避：对于厘米级以上碎片，目前的防护层是无法有效防护的，因此对此类碎片主要 采取主动规避，即在探测到碎片来袭前启动航天器助推装置使其临时改变轨道，惹不起就躲的意思。 减缓：意思就是说在火箭设计及航天任务规划时，就必须考虑到上了天之后抛弃掉的火箭上面级如何才能不变成碎片，比如设计使其在一定年限后自动离轨掉下来，不要在轨道上呆成僵尸害人害己。目前，各航天大国基本都制定了相关的碎片减缓准则，联合国也有相应的碎片减缓要求。 清除：意思就是怎么把目前轨道上的碎片搞掉，不管是采用机械臂把它抓走也好，或者采用激光把它烧掉也好，还有提出来在轨道上抛个鱼网捕捉碎片的。这方面技术目前还处于概念或早期研究阶段，没有实用化。 图11  空间碎片抓取 图12  利用绳网捕捉空间碎片 5，各国的态度 主流是合作，偶尔有撕逼。 合作：各航天大国基本都认同空间碎片已经对航天活动造成严重威胁，有必要携手应对。为此，大家一起成立了一个国际合作组织叫“机构间空间碎片协调委员会（IADC）”，每年开会，定期通报各自的航天发射活动，通报各种空间碎片态势，交流各种碎片监测、预警、防护、减缓技术等。此外，联合国有一个叫“外空活动委员会”，每年也要开会，制定一些国际规则顺便撕逼。 撕逼：就是你指责我的航天器产生的碎片撞到你的卫星啦，我指责你不顾国际道义随意打爆了个卫星产生大量碎片搞得大家都不好啦等等。这个主要发生在联合国层面的会议上，通常情况下主要是为了某种目的向对方施加压力，实际效果基本为零，就是打打口水仗，超级大国基本无视。 附主要参考资料： 1、IADC WG3. Protection mannual. 2、IADC Steering Group. Space Debris-IADC Assesment Report for 2011. 3、NASA 空间碎片办公室网站 4、NASA 空间碎片季刊 5、J C Liou. The Orbital Debris Problem and the Challenges for Environment Remediation.