如何处理火箭助推器和其他巨型太空垃圾

　　当一个错误的火箭助推器飞向月球时，太空机构和公司正在尝试处理巨大碎片的一些方法。
　　上个月，它被误认为是 2015 年发射的 SpaceX Falcon 9 第二阶段为美国国家海洋和大气管理局部署太空天气监测航天器。现在，编写用于跟踪近地物体的软件的比尔格雷已经发布它很可能实际上是中国嫦娥 5T-1 探月任务遗留下来的助推器。他预测，当它在3 月 4 日撞击月球背面时，它的游荡将结束。
　　据任何人所知，这将是第一块撞击月球的自由飞行太空垃圾，但预计不会造成任何伤害。另一方面，这是一个更大的问题的症状。在过去的几十年里，许多废弃的助推器被遗弃在环绕地球和太阳的轨道上，它们若隐若现的船体对活动的航天器构成了撞击的风险，包括那些提供通信、宽带、GPS 和我们所依赖的其他服务的航天器一样。最近，新闻报道集中在微小弹片的危害上，例如俄罗斯在 11 月引爆的一颗废弃卫星的碎片，该碎片随后几乎横扫国际空间站。但事情总是会变得更糟。
　　＂每年，都会有几辆校车大小的物体在 100 米范围内相撞。如果他们这样做了，那将比最糟糕的反卫星测试差一个数量级，＂位于科罗拉多州布鲁姆菲尔德的无党派智囊团安全世界基金会项目规划主任布莱恩·威登说。
　　最古老的巨型太空垃圾可以追溯到 1959 年：它是一个先锋火箭体，在部署美国海军气象卫星后遗留下来，是美国和苏联之间太空时代竞争的早期发射之一，也是最早的轨道轨道发射之一对象。然后，随着太空竞赛的进行，废弃的火箭体堆积起来。必然如此：它们是推动航天器进入轨道或离开地球大气层所需的多级火箭的一部分。当上级火箭助推器部署该飞船时，它通常会留在轨道上或类似的轨道上。有些甚至还有残留的燃料，这也使它们有爆炸的危险。Weeden 说，现在，可能有多达数千个用过的助推器在轨道上随意漂浮。
　　而那些只是低地球轨道上的那些。即使有更多的工作空间，类似的挑战也适用于更远的太空。＂任何时候我们将某些东西放入行星际轨道，或深空传感器或类似的东西，都可能有一个与之相关的助推器。太空是如此广阔，以至于人们从未想过它，＂位于加利福尼亚州圣莫尼卡的非营利研究组织兰德公司太空企业计划负责人布鲁斯麦克林托克说。
　　第一个最终绕太阳运行的助推器于 1959 年到达那里，但那是个意外。麦克林托克说，苏联的一次登月任务  本应将  一艘宇宙飞船送入月球，但上层火箭失火了，差点错过了目标。四年前，当 SpaceX 推出一辆红色特斯拉跑车时，驾驶座上有一个穿着宇航服的人体模型，它最终也进入了太阳轨道。
　　为了应对离家更近的碰撞风险，特别是在低地球轨道上，太空专家多年来一直在集思广益可能的解决方案。麦克林托克说，炸毁废弃的火箭体是行不通的，因为这只会产生许多较小的、无法追踪的碎片，这些碎片会朝不同的方向飞散。
　　但至少对于低级火箭来说，一种可能的解决方案是在助推器中保留一些燃料，以便在它部署了有效载荷后，它可以指向更远的地方并进入一个相对空旷的＂墓地轨道＂，超过在地球上空 22,000 英里处，几乎不可能发生碰撞。或者对于较低轨道的航天器，助推器可以指向地球。如果它足够小，它会在重新进入大气层时燃烧。如果不是，
　　有足够的燃料是关键：当与月球约会的助推器被认为是 2015 年的 SpaceX 火箭时，专家们指出，它没有剩余燃料，基本上已经死在水中，太高而无法返回地球。（SpaceX 的二级助推器通常不设计用于返回，但对于其较新的一级火箭，该公司已经开发出一种技术，可以将它们安全地降落在地面或海上的无人驾驶船上并重复使用。）
　　SpaceX 没有回复置评请求。
　　艺术家对改造后的上级火箭助推器的渲染。
　　总部位于休斯顿的 Nanoracks 与美国宇航局的合作伙伴正在探索另一个想法，是将一些报废的火箭体改造成迷你空间站。＂大约有一半的飞行器在某种轨道上离开较大的升级。如果我们可以重新利用和重复使用这些设备，那将是非常划算的，＂该公司空间系统高级副总裁 Marshall Smith 说。
　　如果史密斯和他的同事们的计划在十年左右的时间内实现，在火箭体部署其货物后，Nanoracks 的航天器可以立即开始将该助推器改造成为在轨卫星加油的仓库。或者它可能成为一种碎片废料场，提供足够的空间来存放垃圾，以免造成伤害。该公司开发这一概念的下一步将是在太空中进行焊接演示，其工作方式可能与地面不同。该活动计划在今年夏天举行。
　　其他公司，如 Astroscale 和 ClearSpace，正在开发用于在轨道上抓取和清除垃圾的技术。＂我们成立的总体目标是实现太空安全和可持续发展，造福子孙后代，＂Astroscale US 先进系统总监卡罗琳·贝尔在其位于丹佛的总部说。她认为，是时候摆脱太空中的＂一次性思维＂了，火箭及其有效载荷会无限期地留在太空中，而不是被回收或处理掉。
　　艺术家对 Astroscale 的 ELSA-d 航天器与一块模拟空间碎片对接的渲染图。  插图：天秤
　　目前，该公司正在轨道上测试自己的航天器。它被 Astroscale-demonstration 或 ELSA-d 称为报废服务。在接下来的几周内，该团队计划让 ELSA-d 接近一块 40 磅重的模拟空间碎片，伸出一个装有磁铁的手风琴臂，并抓住它。贝尔说，随着未来的任务，在与目标对接后，航天器将把碎片护送到一个非常低的轨道，最终它将在大气层中燃烧。该演示旨在作为更先进模型的前身，这些模型将附着在更大的碎片上，包括已解散的日本航天局上级火箭。
　　数万块大小超过 10 厘米的空间碎片在轨道上的示意图。 插图：美国国家航空航天局
　　LeoLabs 高级技术研究员 Darren McKnight 担心重达数吨的废弃火箭体，其中一些在轨道上危险地聚集在一起。在日益拥挤的地区，卫星行进的风险将越来越大。但他也为小事出汗。他的公司位于加利福尼亚州门洛帕克，利用雷达系统监测太空垃圾，但目前国防部和其他任何人都没有能力追踪 1 到 10 厘米大小的轨道碎片。这么小的一块碰撞不会使卫星爆炸，但它仍然强大到足以击倒卫星并结束其任务。他的公司致力于检测小于 10 厘米阈值的物体，
　　在更高的轨道上，地球和月球的引力发挥作用，太空垃圾的行为可能更加不稳定——正如我们在旧助推器上看到的那样。＂随着我们增加地球和月球之间的交通，这肯定会成为需要更多关注的事情之一。最困难的部分是弄清楚我们如何处理事物，因为动态与仅仅在低地球轨道上是如此不同，＂位于埃尔塞贡多的联邦资助研发中心 Aerospace Corporation 航空航天技术研究员 Marlon Sorge 说，加利福尼亚。
　　更多的月球任务正在进行中，这意味着更多的航天器将前往那里。然而，尽管美国和国际上的太空碎片专家已经制定了清除低地球轨道太空垃圾的指导方针，Sorge 说，但没有什么可以阻止月球上或月球周围的垃圾堆积。如果没有任何变化，月球本身可能会变成垃圾场，因为物体最终会留在那里或被拉向它。这样的太空垃圾有朝一日可能会威胁到未来的月球基地、科学探索或历史遗迹，比如尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林于 1969 年登陆的宁静基地。＂我们认为这主要是一个地球轨道问题，但这也是一个月球问题，＂威登说。
　　美国东部时间 2022 年 2 月 1 日下午 12:40 更新：此故事已更新，以澄清当前大多数 SpaceX 第二级助推器并非旨在返回地球。
　　美国东部时间 2022 年 2 月 15 日上午 10:05 更新：这个故事已得到纠正，以澄清火箭不再被认为是 SpaceX 猎鹰 9 号二级助推器。