划重点
★太空垃圾如果雪崩式增长，会阻碍人类的星辰大海之路。
★太空垃圾的低成本高效清理，是我们面临的一个技术挑战。
“保罗和我利用助推器靠近了它，正在拴连结绳的时候，保罗的面罩上突然出现了一个洞……空气从面罩中冲出来，他一下子就飞出去老远，我只好眼睁睁地看着他旋转……在他的嘴角右侧，有个一元硬币大小的窟窿，正是这个洞使他显出一张怪异的大嘴。不过他确实脸带笑意，他肯定是在一瞬间失去了生命，那瞬间的微笑就凝固成为永恒。仿佛在昭示：生命是多么的脆弱。”
幸好，上面这起惨烈的太空事故，只是袁英培的小说《太空神风》中虚构的情节。但如果我们不早点开始应对太空垃圾的威胁，这种场景只怕以后就会成真。
火必开启火星计划：孙宇晨将带领1位火必用户共赴太空:4月14日，火必联合波场TRON在香港举办火必之夜主题活动。活动现场，波场TRON创始人、火必全球顾问委员会成员孙宇晨宣布，在火星用火必！火必正式启动“火星计划”。该计划第一阶段以带领火必用户登陆火星为终极目标，通过系列活动选出一位幸运的火必用户与孙宇晨一起乘坐”蓝色起源新谢泼德号\"共赴太空。孙宇晨表示，火必的梦想是星辰大海，格局将是整个宇宙。火必将携手用户共同开启这次火星计划之旅，探索未知的宇宙。火必用户将成为Web3领域内最先进入太空的一批人。”
据悉，“火星计划”共分为12期，并评选出12位候选人。之后再通过行前训练，身体素质检查等等各项标准选出1位最终与孙宇晨共赴太空的用户。活动过程中，火必通过NFT的形式为用户发放抽奖号码，用户完成各项任务即可获得领取抽奖号码的资格。在抽奖号码发放完成后，通过区块哈希值，公平公正的进行抽奖。选出幸运候选人。此外，火必将向参与的用户分发千万美金奖励。[2023/4/14 14:04:51]
在STS-126中丢失的工具包
Filecoin官方：太空竞赛FIL奖励将在主网上线后6个月内实现兑现:9月28日，Filecoin官方发布此前社区AMA活动要点文章。在AMA活动中，针对“太空竞赛的收益会兑现吗？”问题，Filecoin官方表示，从主网上线后，所有来自太空竞赛的FIL奖励将在6个月内实现兑现。昨日消息，Filecoin官方宣布，将在未来3周内逐步进入主网。具体而言，Filecoin主网将在epoch 148888正式开启。预期将在10月15日左右到达。[2020/9/29]
02
太空垃圾为何如此致命？
可能有的朋友会奇怪，太空中这些垃圾，感觉比日常生活中的垃圾好像也高不到哪儿去啊？能有什么危害呢？无非就是看到大块的垃圾躲开，小渣渣直接无视就行了呗？
道理其实很简单，那就是速度，同样是一颗子弹，别人用手扔给你，你很轻松就能接住，但如果是从膛里以数百米每秒的速度射向你，那就得出人命了，而太空垃圾的运动速度，远超弹。
美国太空部队选择区块链公司Xage为其开发数据安全系统:9月21日消息，美国太空部队（USSF）和美国空军研究实验室已选择区块链安全公司Xage开发数据安全系统。据称，Xage将为该项目使用基于区块链的Xage安全结构解决方案。（Cointelegraph）[2020/9/21]
太空垃圾之所以会对在轨航天器产生致命威胁，正是由于空间碎片的高速碰撞。相对地球来说，太空垃圾本身的速度常超过7.5km/s，而步的子弹速度只有大约1km/s，太空垃圾有可能和空间飞行器发生对撞，最高速度可以高达15km/s。别看一个大小在厘米尺度的空间碎片不起眼，但已足够摧毁整颗卫星。即使是毫米尺度的碎片，也有可能瘫痪卫星。
美国航天飞机上的撞击坑
Filecoin太空竞赛成绩出炉 人人矿场获107317.17枚FIL奖励:9月15日，历经三周的Filecoin太空竞赛Space Race正式落幕，RRMine/人人矿场凭借优越的软件算法、持续稳定的接单能力，总共夺取107317.17枚FIL奖励。
具体排名如下：
1. RRMine/人人矿场亚洲节点t02614，总算力8.25PB，排名全球第五；欧洲节点t03362，总算力排名区域第四；大洋洲节点t010424，总算力排名区域第六。
2. 总出块数11871全球排名第四，平均订单成功率高于98%全球排名第三。
3. 根据矿机成本和产币总量，核算得出封装效率：6GB/小时/万元，在市场公开数据中万元封装效率排名第一。[2020/9/15]
俄罗斯和平号空间站上被太空垃圾破坏的太阳能电池板
Filecoin太空竞赛第三周将进行进一步压力测试:9月7日，据官方消息，Filecoin太空竞赛已经进入第三周，本周Filecoin网络将进行进一步的一系列压力测试，以此来评估网络整体对于失败和更新的反应。Filecoin官方人员Mosh在slack表示，尤其是在Filecoin早期阶段，作为一个社区，必须做到高度可适应和灵活，所有大矿工代表们需要一天24小时，一周7天在线，在遇到的任何问题下都能快速更新。本周的具体安排如下：
1.9月7日（部分地区是周二），Filecoin将开始一条小链的更新，以测试整体的更新速度，预计只要几个小时就可以更新节点到新的链状态。这将证明网络是否可以快速地对错误和主网攻击进行反应。（窗口维护期会在北京时间9月8日3:00开始，Lotus 0.5.11版本发布会在9月8日7:00，更新纪元会在9月8日14:00，窗口维护期结束会在15:00）
2.如果上一步进展顺利，9月9日（周三）会触发一个简单版的Drand全网停运，以测试网络对错误的应对能力。Drand是一个高度弹性和随机的beacon，可以以此确定Filecoin网络是否可以从网络暂停中成功恢复。
3.9月10日（部分地区是周五），将测试升级的复杂性，Filecoin网络可以处理更复杂的角色升级，也将包括工具和使未来升级更容易的工具，以此来确保网络之后能提升和更新Filecoin角色，考虑到复杂性，将会有略微延长的更新窗口。
此外，Filecoin官方还表示将对一些交易机器人的维护窗口和以上更新进行协调，继续密切观察，以确保这些重要的测试不会影响到比赛。与此同时，浏览器信息显示，全网存储已经达到133PiB。[2020/9/7]
03
如何防范太空垃圾造成的意外？
人们提出了4种办法，用于防范太空垃圾造成意外破坏。分别是监测和预警、碰撞规避和防护、离轨和弃置策略以及主动清除。
监测和预警
对空间碎片保持监测，并对其进行编目和碰撞预警是降低空间碎片撞击风险的第一步。各个航天大国都建有空间监测网络，如美国空间监测网络(SpaceSurveillanceNetwork)，既包括天基的卫星平台，也包括地面的雷达、光学望远镜。
美国两代空间目标监测“空间篱笆”。
左图：部署在美国本土的第一代，右图：部署在海外的第二代
碰撞规避和防护
碰撞规避和防护是通过“躲”和“防”的方式应对可能出现的太空垃圾碰撞威胁。当在轨航天器与较大的空间碎片或其他物体存在较高的碰撞风险时，通过变轨离开碰撞轨道是最简单直接的规避方法。但以消耗燃料、损失其工作寿命为代价。从1999年部署至2020年9月，国际空间站为规避空间碎片共变轨28次，其中2020年1月至9月共执行3次碰撞规避变轨。
对于更小的碎片，可以通过提升航天器自身防护水平以直接抵抗空间碎片的撞击。
与常识相反，单纯增加航天器外壳的厚度并不是高效的做法，很多时候采用的是FredWhipple早在1947年针对空间微流星体提出的多层防护措施。Whipple提出微流星体在击穿一块厚度与自身尺度相当的材料后会因高温而气化和电离，因此只需在航天器外1英寸的距离上包裹一层约6—7mm厚的材料，即可防护空间微流星体的撞击。这一防护措施被称为Whipple防护。目前，国际空间站和我国的天宫空间站，均装有Whipple防护板。
左侧为模拟只加厚仓壁，而右侧则为加上Whipple防护板的效果，图片来自NASA
离轨和弃置
由于大气阻力作用，低轨卫星会在阻力作用下自然降低轨道。低轨卫星在工作寿命结束后，如果25年内可以再入大气陨落，则不需要处置。如果轨道高度不太低，需要采取适当的离轨措施降低轨道，遵照25年内陨落的建议。
对于地球静止轨道卫星，工作寿命结束后可以抬高轨道至“坟墓轨道”。坟墓轨道可以保证被弃置的卫星不与正常的静止轨道相交，确保静止轨道工作卫星的安全。除此以外，为了进一步减缓空间碎片，减少不必要的解体事件，航天器或火箭体在弃置时需要耗尽内部能源，包括：(1)排空或燃尽推进剂；(2)电池放空电量；(3)释放舱内压力。
主动清除
对于近地空间越来越多的空间碎片，比较合适的处置方式是主动将其清除。目前主动清除尚在理论研究和实验阶段，常见的方案包括附着后推离轨道、柔性网拖离轨道、激光烧蚀反推离轨等。
04
为了星辰大海，垃圾真的不能再增加了
目前编目在册的空间碎片已超过2万个，而受观测手段限制尚不能跟踪到的厘米以下更小的碎片则超过1亿。其实早在20世纪70年代就有科学家提出，卫星等航天器因碰撞而解体，可能由此引发连锁反应。
NASA约翰逊航天中心轨道碎片项目办公室统计的各类型较大碎片的数目
这就是大家所熟知的“凯斯勒效应”(Kesslersyndrome)。简单来说就是除非大尺寸废弃物体的数量显著降低，否则随着物体间随机碰撞的发生，碰撞产生的碎片将成为新碎片的重要来源，发生类似原子弹爆炸的链式反应，碰撞越来越多。太空垃圾逐渐包围地球，使得新的航天发射无法进行。
太空垃圾如果数量过多，超过了临界密度，发生“凯斯勒效应”，从而雪崩式增长，将会阻碍人类的星辰大海之路。
为此，美国、欧洲、俄罗斯，还有我国都在发展太空垃圾主动清除技术。太空垃圾的低成本高效清理，是我们面临的一个技术挑战。相信以后随着人类太空活动的增加，将会出现像小说《太空神风》以及动漫《星空清理者》中的太空垃圾回收行业。
作者|周炳红中国航天科普大使，空间科学传播专家工作室副主任，中国科学院国家空间科学中心研究员
审核|刘勇中国航天科普大使，中国科学院国家空间科学中心研究员，博士生导师，美国新罕布什尔大学理学博士，中国科普作家协会理事，航天科技教育联盟特约专家
责编|丁崝
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