清除太空垃圾

瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的一家分公司与欧洲航天局 (ESA) 签订了一项预算达到1亿欧元的项目协议。现在，这家名为ClearSpace SA的公司正领导一个公司联盟，共同研发设计旨在清除地球轨道碎片垃圾的首次太空任务。

我们的生活越来越依赖于太空技术。我们使用卫星进行气象观测、通讯、导航，以及观察受灾地区。根据欧洲航天局 (ESA) 的数据，现代的移动应用中大约有40％都依赖于卫星和太空技术。但这些空间基础设施目前正处于危险之中。

在近地轨道上，也就是在200到2000公里的高度上，大约95%的物体都已损坏并且无法再控制。这些就是太空垃圾，其中包括多级火箭分离时产生的碎片、（主要是卫星上配备的）太阳能电池板、各种工具、油漆碎片或固体燃料。这些垃圾给正常运行的卫星以及未来的太空飞行任务和载人飞船的机组人员带来危险。甚至国际空间站ISS也曾经多次实施紧急变轨，以避开这些太空垃圾。

迷你卫星星座

随着越来越多卫星被送入轨道，这一情况正在不断恶化中。从2009年到2012年，每年有50架航天器被送入轨道；而今年则预计将达到800架——总体呈上升趋势。将来，作为组网星座的一部分，新送入太空的大多数卫星都会是纳米卫星。举例来说，一网公司 (OneWeb) 在2019年便开始建造由大约650个迷你卫星构成的星座。这一卫星星座计划的目标在于让每个人在任何地方都能使用互联网。这类项目以及新兴的太空旅游业都要求清除太空垃圾。

然而现在的现实情况是，地球轨道上太空垃圾数目已达到临界点：单是已被编录的直径超过10厘米的人造物体就已经超过34,000个。如果再不采取行动，那么预计到2065年，地球轨道上堆积的太空垃圾将达到14万件。因为当两个物体相撞时，就会形成一片散落着大量零部件碎片的区域。碎片继续互相撞击，还会产生危险的级联效应。

ESA的首次太空垃圾清除任务

现在，瑞士的“清道夫卫星”将率先出征并清除第一件太空垃圾。计划将于2025年启动的“清洁太空一号项目”(ClearSpace One) 由同名的初创公司牵头实施，此次的目标是捕获于2013年送入太空后一直滞留的“织女星二次有效载荷适配器”(VESPA) 上段，并将其拉入大气层中烧毁。

“太空清道夫”的原型机配备一个由四条机械臂组成的“捕获器”，可在720公里的高空中抓住报废的火箭上段并移动。十二台maxon驱动装置为ClearSpace One的触手状机械臂提供动力。之后，机械臂会推动被捕获的火箭上段移动，使其能脱离地球轨道。在这一过程中，需要多次用到推进器。之后，推进器会控制VESPA和ClearSpace One再入大气层，并在堪称最大“垃圾焚烧厂”的大气层中烧毁。

在将来，清道夫卫星应该尽可能多次重复执行这样的任务。它们还可以从低地轨道上拖走重型物体，从而为今后的太空任务扫清道路。

ClearSpace的首次太空垃圾清除任务的实施过程如图中所示：公司目前使用的是由DCX 22 L DC电机以及行星齿轮箱GP 32 HP组成的maxon驱动系统。

瑞士洛桑联邦理工学院 (EPFL) 航天中心的研究人员自2010年起一直致力于研究太空垃圾清扫系统。在ClearSpace One项目的研发过程中，当然也参考了在这十年间积累的工程设计专业知识和经验。2017年，这个项目从瑞士洛桑联邦理工学院分拆出来；不久之后，ClearSpace SA公司宣告成立并在EPFL下属的maxon实验室内开始运营。ClearSpace SA公司的首席执行官兼联合创始人Luc Piguet回忆说：“maxon实验室是一个技术交流的枢纽，非常适合初创企业。”如今，ClearSpace的团队不断发展壮大，同时也吸引了来自领先航天机构和相关企业的多名专家加入，他们为公司带来丰富的太空探测任务经验。在公司顾问组成员名单中，甚至能看到欧洲航天局前局长Jean-Jacques Dordain和瑞士传奇宇航员Claude Nicollier等赫赫有名的人物。

尤其值得一提的是，这家初创公司已经获得一个预算达到1亿欧元的项目。2019年，ClearSpace凭借一己之力击败竞争对手空中客车、泰雷兹阿莱尼亚宇航公司（法国）和阿维奥（意大利），赢得欧洲航天局的项目。Luc Piguet说：“尽管我们对自己提交的最终提案深信不疑，但令我们感到惊讶的是，我们真的获准独立领导这样一个项目财团。”同时，他仍然保持着非常务实的态度：“我们从一开始就考虑到经济可行性。”必须尽可能将每一次“离轨”任务的成本降到最低。最终正是这一点说服了欧洲航天局。Piguet微笑着补充说：“我们所承担的是一项艰巨的责任。” 

ADRIOS计划

清洁太空一号 (ClearSpace One) 计划是欧洲航天局太空安全计划ADRIOS（主动清除垃圾/在轨维修）的一部分，旨在清除太空中具有潜在危险的垃圾。这一计划还应为将来的任务铺平道路，以促进可持续的太空技术发展。包括瑞士在内的八个ESA成员国为此专门拨出了8,600万欧元的资金。余下的1,420万欧元则由赞助商提供。

绕地球飞行的所有太空碎片的三维动画演示请见stuffin.space