要点:
随着太空垃圾达到约1760万磅，企业正积极开发创新方法来解决这一问题，未来的太空竞赛将聚焦于谁能成功清理太空垃圾，确保安全的轨道。
目前，太空垃圾的问题已经达到大约1760万磅，这些漂浮在我们周围的碎片来自各种太空活动，像是使用过的火箭级、已失效的卫星及其碎片，以及卫星碰撞后的残骸。
随着太空活动的增多，太空垃圾的风险日益严重。为了应对这一挑战，不少公司已经开始研究创新方法以解决这类问题。尽管太空垃圾清理仍处于起步阶段，但这也代表着一个庞大的商机，未来的太空竞赛将聚焦于谁能成功清理太空垃圾，确保安全的轨道，推动下一代太空探索的发展。
太空垃圾的现实危机
自从1950年代太空时代以来，这些碎片的数量逐年增加，至今已经超过1.7亿个单独的片段，大小从1毫米到和校车差不多大。大多数这些碎片位于低地球轨道，并以每小时17,000英里的速度在太空中运行，即便是小块碎片，也能对卫星造成严重损坏，影响我们的GPS和通讯系统。
一个微小的碎片，像一副纸牌那么大，但却能以每小时177,000英里的速度在太空中高速运行，可能对卫星造成灾难性损害。近期，俄罗斯的卫星研究P1就在碰撞中创造了数百条新的高速碎片，这些碎片的碰撞机率也在不断上升。当这些碎片与其他卫星相撞时，将对我们的卫星系统、GPS、航空运输、卡车运输和农业技术等造成重大影响，甚至可能导致通讯中断，影响到股市运行。
更令人担忧的是，预计到2030年，将有20,000颗新卫星被发射到太空，这将进一步占用宝贵的太空资源，并加剧太空碎片的问题。科学家自70年代以来对此问题表示越来越多的关注，若不尽快解决，未来太空碰撞的风险将呈指数级增长。如果不解决太空垃圾问题，我们将进入一个科技的“黑暗时代”。
但幸运的是，越来越多的公司正在开发新技术，寻求解决这个问题。清除太空垃圾的挑战巨大，且需要全球最大力度的合作。
清理过程需要将碎片减速，让它们能够脱离轨道并燃烧在地球大气层中，而这远比看起来简单。太空垃圾的碎片可分为小型、中型和大型，任何超过10厘米的碎片都被视为大型碎片，而这些碎片也同时是潜在的金矿，具有清除价值。
如果公司能计算出太空垃圾的成本，那么这些碎片就能被视为有价值的“垃圾”。例如，Koris Inc估计一块24公斤重的碎片价值约400万美元，而拆除2200颗碎片的费用可能超过6000万美元。然而，问题在于谁将为此付费。
随着问题的逐步解决，确定太空垃圾的准确位置变得至关重要。目前有几家公司正在致力于开发尖端技术来解决太空垃圾问题。他们提供关于太空垃圾位置的数据，类似于空中交通管制员，这些数据不仅有助于防止意外碰撞，还有助于追踪由此产生的新碎片。
这些数据是通过多种技术收集的，能够追踪碎片的来源及其运动轨迹。随着我们获得更多这些资讯，我们能够更好地理解太空垃圾的动态，并思考如何有效处理这些碎片，以避免对现有卫星系统造成进一步损害。
全球许多组织和公司已经开始开发技术，应对这一挑战，并试图从中赚取数十亿美元的机会。未来的太空竞赛，很可能将聚焦于如何清除太空垃圾。
太空垃圾清除新技术
ClearSpace，一直在开发机械手臂技术来移除太空垃圾，而这些技术进入了像Siri太空中心这样的太空研发设施。当初，清除太空垃圾的构想是用巨大的网子捕捉碎片并发射火箭将其送入太空，但这种方法目前并未实现。另一种方法是使用鱼叉法，通过束缚并将物体拉出轨道，这需要高精度的拍摄技术和极高的操作能力。这些方法虽然已经过测试，但仍然没有在实际的太空碎片上进行应用。
2018年，SpaceX成功地发射了猎鹰9号并进行了测试，这一测试目标成功实现。然而，一家总部位于东京的天文新创公司在太空领域的清除工作取得了突破性进展。这家公司提出的杂物清除技术价值超过3.8亿美元，并且评估了Elsa D飞船的磁力臂技术，该飞船能够吸附并将卫星垃圾脱轨，最终将其引导至烧毁于地球大气层。
此前，日本新创公司Astroscale公司还获得了额外资金支持，为今年启动的下一个任务提供资金，该任务将尝试移除OneEB卫星并使其脱轨。如果成功，这将成为世界上第一个成功移除太空垃圾的实际任务。
Astroscale提供寿命终止/EOL和主动碎片清除/ADR服务，专注于清除轨道上的碎片。除了技术解决方案外，Astroscale还为其服务建立了完整的商业案例，并与国家航天局、国际机构、非营利组织、保险公司及卫星营运商合作。该公司目前与日本宇宙航空研究开发机构/JAXA合作，致力于清除日本火箭的主体部分，Astroscale的工作也推动了促进负责任使用太空的规范、法规和激励措施的发展。
此外，针对太空碎片，尤其是中小型碎片，已成为真正的麻烦制造者。微小的碎片通常来自碰撞和分裂，并以每小时177,000英里的速度运行，使得它们几乎无法追踪。最近，NASA发表了一项成本效益研究，对各种太空垃圾清除方法进行了分析，并评估了每种方法所需的高昂费用。这些碎片对国际太空站等太空设施构成了重大威胁，必须避免碰撞，这对于太空探索和运行来说是一个关键问题。
为了应对这些问题，NASA认为，移除中小型碎片的最佳方法之一是使用雷射技术。尽管前期成本可能达到几亿美元，但这种方法被认为具有很高的成本效益，并且可以在十年内收回成本。目前，在雷射技术领域，像由Sky Perfect Jad创立的企业正开发轨道雷射器。这种雷射器将会发射介质，针对小碎片，帮助避免碰撞并将其引导脱轨。
目前有两种雷射清除选项：天基雷射器和地面雷射器。每种方法都有自己的担忧和挑战，但卫星上的太空雷射器能够以最佳角度发射雷射，以帮助将碎片脱轨，进而解决太空垃圾问题。
解决太空垃圾问题的技术需要巨大的电力支持，尤其是对于操作地面基地的雷射系统来说，这要求能够接入电网。然而，尽管如此，这些系统仍需大量能量来达成清理工作，并且面临着一些财务挑战。许多人担心雷射技术的精确度，尤其是在过程中是否会不小心损坏其他卫星。尽管如此，相关公司预计将于2027年测试原型并开始全面运营，目标是在十年内达到成熟的商业运行。
这些公司正在开发创新的空间机械手臂系统，看起来像蜘蛛人太空服一样，旨在清除太空中的垃圾。欧洲太空总署/ESA与这些公司合作，签订了价值1.04亿美元的合约，帮助探测器一号脱轨。这艘已有20多年历史的太空船将会被清除。
虽然这些公司不断开发解决太空垃圾的方案，但面临的挑战不仅仅是技术上的，还涉及法律与外交层面的问题。太空碎片的拥有权问题成为了一个难题，尤其是谁拥有那些需要被移除的碎片。这些碎片通常来自于各国政府的卫星，例如美国、中国和俄罗斯的太空设施。这也使得太空垃圾清除工作变得更加复杂，因为清理公司必须获得碎片所有者的许可才能进行操作。
在未来的十年中，政府和国际间的法律框架将需要进行某些催化，促进这项技术的发展。根据国际法，太空碎片仍然属于原始卫星的所有者，即使它已经漂浮在太空中数十年。因此，清理碎片的公司必须与碎片的拥有者协调并获得许可，这使得这一过程变得极为繁琐。
太空垃圾清理竞赛
随着太空活动的日益增多，尤其是像SpaceX和亚马逊这样的公司推动数千颗卫星进入轨道，太空垃圾的风险越来越大。过去五年来，活跃卫星的数量激增，这使得太空垃圾问题的赌注越来越高。这也表明，随着技术的发展，我们将面对更多的挑战，必须找到更加有效的解决方案来应对日益严重的太空垃圾问题。
随着卫星数量的快速增加，地球轨道变得越来越拥挤，这也意味着碰撞的风险大幅上升。这些碎片不仅来自卫星，还有升星链等其他物体。仅仅卫星就已经执行了超过25,000次空空机动来避免碰撞。如果这一趋势持续下去，预计到2028年，这些演习的频率将可能增加到每18秒就会发生一次。
为应对这些风险，FCC/美国联邦通信委员会已经认识到问题的严重性，并推出了新规定来进行调控。这些规定不仅对整个太空行业产生影响，还成为美国太空总署收入的主要增长点。研究发现，短期内像是立即离轨这样的措施可以节省未来30年高达90亿美元。
2023年4月，FCC进一步加强了对太空碎片的监管，并在10月发行了首个太空碎片惩罚规定，这标志着执行空间碎片清理工作的一大步。尽管15万美元的罚款看似只是一记轻微的警告，这些新规定已经开始改变局面。然而，尽管有了这些措施，轨道上的太空碎片问题依然庞大，太空垃圾清理仍处于起步阶段。
永续拆除旧碎片并为维修新材料做准备，实现循环经济的目标，已成为太空行业的未来方向。目前，许多公司正在太空轨道上展示有希望的成果，但只有通过实际测试，碎片才能真正被有效地清除。尽管如此，我们仍在等待第一家成功捕捉并清除现实世界中太空碎片的公司。由于太空垃圾问题的规模庞大，这项挑战还有很长的路要走。
但与此同时，这也是一个巨大的赚钱机会。因此，下一次太空竞赛不再是关于谁先到达月球或火星，而是关于谁能够有效清理我们的轨道高速公路，并确保这些轨道对未来太空任务的发展是安全的。这些太空垃圾的清除先驱者，将定义下一代太空探索的新边界。
