要點:
隨著太空垃圾達到約1760萬磅，企業正積極開發創新方法來解決這一問題，未來的太空競賽將聚焦於誰能成功清理太空垃圾，確保安全的軌道。
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目前，太空垃圾的問題已經達到大約1760萬磅，這些漂浮在我們周圍的碎片來自各種太空活動，像是使用過的火箭級、已失效的衛星及其碎片，以及衛星碰撞後的殘骸。
隨著太空活動的增多，太空垃圾的風險日益嚴重。為了應對這一挑戰，不少公司已經開始研究創新方法以解決這類問題。儘管太空垃圾清理仍處於起步階段，但這也代表著一個龐大的商機，未來的太空競賽將聚焦於誰能成功清理太空垃圾，確保安全的軌道，推動下一代太空探索的發展。
太空垃圾的現實危機
自從1950年代太空時代以來，這些碎片的數量逐年增加，至今已經超過1.7億個單獨的片段，大小從1毫米到和校車差不多大。大多數這些碎片位於低地球軌道，並以每小時17,000英里的速度在太空中運行，即便是小塊碎片，也能對衛星造成嚴重損壞，影響我們的GPS和通訊系統。
一個微小的碎片，像一副紙牌那麼大，但卻能以每小時177,000英里的速度在太空中高速運行，可能對衛星造成災難性損害。近期，俄羅斯的衛星研究P1就在碰撞中創造了數百條新的高速碎片，這些碎片的碰撞機率也在不斷上升。當這些碎片與其他衛星相撞時，將對我們的衛星系統、GPS、航空運輸、卡車運輸和農業技術等造成重大影響，甚至可能導致通訊中斷，影響到股市運行。
更令人擔憂的是，預計到2030年，將有20,000顆新衛星被發射到太空，這將進一步佔用寶貴的太空資源，並加劇太空碎片的問題。科學家自70年代以來對此問題表示越來越多的關注，若不儘快解決，未來太空碰撞的風險將呈指數級增長。如果不解決太空垃圾問題，我們將進入一個科技的“黑暗時代”。
但幸運的是，越來越多的公司正在開發新技術，尋求解決這個問題。清除太空垃圾的挑戰巨大，且需要全球最大力度的合作。
清理過程需要將碎片減速，讓它們能夠脫離軌道並燃燒在地球大氣層中，而這遠比看起來簡單。太空垃圾的碎片可分為小型、中型和大型，任何超過10釐米的碎片都被視為大型碎片，而這些碎片也同時是潛在的金礦，具有清除價值。
如果公司能計算出太空垃圾的成本，那麼這些碎片就能被視為有價值的“垃圾”。例如，Koris Inc估計一塊24公斤重的碎片價值約400萬美元，而拆除2200顆碎片的費用可能超過6000萬美元。然而，問題在於誰將為此付費。
隨著問題的逐步解決，確定太空垃圾的準確位置變得至關重要。目前有幾家公司正在致力於開發尖端技術來解決太空垃圾問題。他們提供關於太空垃圾位置的數據，類似於空中交通管制員，這些數據不僅有助於防止意外碰撞，還有助於追蹤由此產生的新碎片。
這些數據是通過多種技術收集的，能夠追蹤碎片的來源及其運動軌跡。隨著我們獲得更多這些資訊，我們能夠更好地理解太空垃圾的動態，並思考如何有效處理這些碎片，以避免對現有衛星系統造成進一步損害。
全球許多組織和公司已經開始開發技術，應對這一挑戰，並試圖從中賺取數十億美元的機會。未來的太空競賽，很可能將聚焦於如何清除太空垃圾。
太空垃圾清除新技術
ClearSpace，一直在開發機械手臂技術來移除太空垃圾，而這些技術進入了像Siri太空中心這樣的太空研發設施。當初，清除太空垃圾的構想是用巨大的網子捕捉碎片並發射火箭將其送入太空，但這種方法目前並未實現。另一種方法是使用魚叉法，通過束縛並將物體拉出軌道，這需要高精度的拍攝技術和極高的操作能力。這些方法雖然已經過測試，但仍然沒有在實際的太空碎片上進行應用。
2018年，SpaceX成功地發射了獵鷹9號並進行了測試，這一測試目標成功實現。然而，一家總部位於東京的天文新創公司在太空領域的清除工作取得了突破性進展。這家公司提出的雜物清除技術價值超過3.8億美元，並且評估了Elsa D飛船的磁力臂技術，該飛船能夠吸附並將衛星垃圾脫軌，最終將其引導至燒毀於地球大氣層。
此前，日本新創公司Astroscale公司還獲得了額外資金支持，為今年啟動的下一個任務提供資金，該任務將嘗試移除OneEB衛星並使其脫軌。如果成功，這將成為世界上第一個成功移除太空垃圾的實際任務。
Astroscale提供壽命終止/EOL和主動碎片清除/ADR服務，專注於清除軌道上的碎片。除了技術解決方案外，Astroscale還為其服務建立了完整的商業案例，並與國家航天局、國際機構、非營利組織、保險公司及衛星營運商合作。該公司目前與日本宇宙航空研究開發機構/JAXA合作，致力於清除日本火箭的主體部分，Astroscale的工作也推動了促進負責任使用太空的規範、法規和激勵措施的發展。
此外，針對太空碎片，尤其是中小型碎片，已成為真正的麻煩製造者。微小的碎片通常來自碰撞和分裂，並以每小時177,000英里的速度運行，使得它們幾乎無法追蹤。最近，NASA發表了一項成本效益研究，對各種太空垃圾清除方法進行了分析，並評估了每種方法所需的高昂費用。這些碎片對國際太空站等太空設施構成了重大威脅，必須避免碰撞，這對於太空探索和運行來說是一個關鍵問題。
為了應對這些問題，NASA認為，移除中小型碎片的最佳方法之一是使用雷射技術。儘管前期成本可能達到幾億美元，但這種方法被認為具有很高的成本效益，並且可以在十年內收回成本。目前，在雷射技術領域，像由Sky Perfect Jad創立的企業正開發軌道雷射器。這種雷射器將會發射介質，針對小碎片，幫助避免碰撞並將其引導脫軌。
目前有兩種雷射清除選項：天基雷射器和地面雷射器。每種方法都有自己的擔憂和挑戰，但衛星上的太空雷射器能夠以最佳角度發射雷射，以幫助將碎片脫軌，進而解決太空垃圾問題。
解決太空垃圾問題的技術需要巨大的電力支持，尤其是對於操作地面基地的雷射系統來說，這要求能夠接入電網。然而，儘管如此，這些系統仍需大量能量來達成清理工作，並且面臨著一些財務挑戰。許多人擔心雷射技術的精確度，尤其是在過程中是否會不小心損壞其他衛星。儘管如此，相關公司預計將於2027年測試原型並開始全面運營，目標是在十年內達到成熟的商業運行。
這些公司正在開發創新的空間機械手臂系統，看起來像蜘蛛人太空服一樣，旨在清除太空中的垃圾。歐洲太空總署/ESA與這些公司合作，簽訂了價值1.04億美元的合約，幫助探測器一號脫軌。這艘已有20多年歷史的太空船將會被清除。
雖然這些公司不斷開發解決太空垃圾的方案，但面臨的挑戰不僅僅是技術上的，還涉及法律與外交層面的問題。太空碎片的擁有權問題成為了一個難題，尤其是誰擁有那些需要被移除的碎片。這些碎片通常來自於各國政府的衛星，例如美國、中國和俄羅斯的太空設施。這也使得太空垃圾清除工作變得更加複雜，因為清理公司必須獲得碎片所有者的許可才能進行操作。
在未來的十年中，政府和國際間的法律框架將需要進行某些催化，促進這項技術的發展。根據國際法，太空碎片仍然屬於原始衛星的所有者，即使它已經漂浮在太空中數十年。因此，清理碎片的公司必須與碎片的擁有者協調並獲得許可，這使得這一過程變得極為繁瑣。
太空垃圾清理競賽
隨著太空活動的日益增多，尤其是像SpaceX和亞馬遜這樣的公司推動數千顆衛星進入軌道，太空垃圾的風險越來越大。過去五年來，活躍衛星的數量激增，這使得太空垃圾問題的賭注越來越高。這也表明，隨著技術的發展，我們將面對更多的挑戰，必須找到更加有效的解決方案來應對日益嚴重的太空垃圾問題。
隨著衛星數量的快速增加，地球軌道變得越來越擁擠，這也意味著碰撞的風險大幅上升。這些碎片不僅來自衛星，還有升星鏈等其他物體。僅僅衛星就已經執行了超過25,000次空空機動來避免碰撞。如果這一趨勢持續下去，預計到2028年，這些演習的頻率將可能增加到每18秒就會發生一次。
為應對這些風險，FCC/美國聯邦通信委員會已經認識到問題的嚴重性，並推出了新規定來進行調控。這些規定不僅對整個太空行業產生影響，還成為美國太空總署收入的主要增長點。研究發現，短期內像是立即離軌這樣的措施可以節省未來30年高達90億美元。
2023年4月，FCC進一步加強了對太空碎片的監管，並在10月發行了首個太空碎片懲罰規定，這標誌著執行空間碎片清理工作的一大步。儘管15萬美元的罰款看似只是一記輕微的警告，這些新規定已經開始改變局面。然而，儘管有了這些措施，軌道上的太空碎片問題依然龐大，太空垃圾清理仍處於起步階段。
永續拆除舊碎片並為維修新材料做準備，實現循環經濟的目標，已成為太空行業的未來方向。目前，許多公司正在太空軌道上展示有希望的成果，但只有通過實際測試，碎片才能真正被有效地清除。儘管如此，我們仍在等待第一家成功捕捉並清除現實世界中太空碎片的公司。由於太空垃圾問題的規模龐大，這項挑戰還有很長的路要走。
但與此同時，這也是一個巨大的賺錢機會。因此，下一次太空競賽不再是關於誰先到達月球或火星，而是關於誰能夠有效清理我們的軌道高速公路，並確保這些軌道對未來太空任務的發展是安全的。這些太空垃圾的清除先驅者，將定義下一代太空探索的新邊界。
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