在不同的時代， 人類總有不同的困擾。 波瀾壯闊的航太時代也不例外， 其中最讓人頭疼的莫過於太空垃圾。
是的， 我們把繞地球飛行的無用處的人造物體統一叫做太空垃圾。
讓開！我密恐要犯了。 。 。 。 。 。
太空垃圾都是什麼？
（1） 航太發射活動中拋棄的多餘負重
幾乎所有的航太活動都依賴航太發射， 在發射中隨著燃料的消耗， 火箭會將多餘的負重逐漸拋棄， 比如火箭第一級、助推器、載人火箭的逃逸塔和整流罩， 它們都會落回地球。 Space-X賴以成名的火箭回收絕技就是針對第一級的。 而火箭的第二級、上面級等殘骸和未燒完的燃料都將進入軌道， 在發射的短短10分鐘後就將變成太空垃圾。
唉， 這真是同箭不同命啊。
（2）壽終正寢的衛星們
進入軌道的衛星們也有著自己的壽命， 最長的通訊衛星也不過10-15年壽命， 一旦壽命結束， 就留在軌道成為太空垃圾， 而且由於燃料使用完畢，
（3）太空垃圾碰撞出的新太空垃圾
更恐怖的是， 太空垃圾的產生是會逐漸加速的， 它們彼此之間還會在軌道發生碰撞， 可能比幾何級數增長更加誇張。
2009年2月10日， 銥星系統第33星和俄羅斯Cosmos 2251兩顆衛星發生了碰撞， 在短短幾個月之內， 兩顆衛星碰撞產生的垃圾幾乎覆蓋了它們曾經所在的軌道， 這些垃圾還有不斷碰撞的可能， 情況非常不樂觀。
這讓我想起了古文《愚公移山》， “雖我之死， 有子存焉；子又生孫， 孫又生子；子又有子， 子又有孫；子子孫孫無窮匱也”……可怕。
（4）可怕的導彈反衛星實驗
不過， 可怕的不只有太空垃圾的碰撞。 同樣的道理， 用導彈攻擊衛星也是產生太空垃圾的一個重要原因。 由於導彈會有目的性地在一個位置爆破，
目前只有蘇聯、美國和中國進行過導彈反衛星實驗， 每次實驗都是太空垃圾研究專家們的一場噩夢。
太空垃圾可能產生哪些危害？
圖 美國洲際導彈防禦系統雷達網覆蓋圖
目前， 監測太空垃圾最大的資訊庫來自美國的洲際導彈防禦系統雷達網。
這些超大相控陣雷達（動輒像足球場那麼大）， 最主要是為了防禦曾經來自蘇聯、古巴（導彈危機）的彈道導彈。 冷戰之後， 這個雷達網依然在發揮作用， 現在多了一條軍民兩用的功能：監控太空中的各種垃圾和衛星。 他們的資訊是最權威的， 而且都對外公開。
圖 太空垃圾增長速度圖， 可以看出每次的數量劇增基本都來自衛星碰撞和反衛星實驗
根據這些檢測資料， 太空垃圾的現狀不容樂觀。
目前估計， 繞地飛行的直徑小於1釐米的垃圾有1.7億個， 1-10釐米直徑大小的垃圾則有67萬個， 更大直徑的垃圾有2.9萬個。
更加恐怖的是， 這些太空垃圾還在不斷發生撞擊， 如果不加控制， 數量會繼續瘋狂增長， 它們帶來的影響是致命的。
要知道， 絕大部分垃圾分佈在低於500公里的近地軌道上， 它們的飛行速度普遍在7000米/秒以上， 是狙擊步槍子彈速度的7倍左右。 在這種強大動能面前， 一個最小的碎片和一個較大的衛星造成的殺傷力都會很大。
值得慶倖的是，恰恰因為最多的（80%）太空垃圾分佈在靠近地面的軌道，這裡極其微弱的空氣阻力會將它們緩慢拖入地球大氣燒毀。
地球大氣是人類最後一道屏障，它燒掉了99%以上的星際塵埃、隕石和太空垃圾，保護了地球上億萬計生命的安全。迄今為止，地球上還從未發生過因太空垃圾墜落地球而直接傷人的事件。
然而，還有一些分佈在更高軌道的太空垃圾，這些垃圾基本上就很難被銷毀了。
特別對於處在地球上空35786公里高的地球靜止軌道，這裡聚集了人類幾乎所有的通訊衛星，它們也產生了很多衛星垃圾。由於這個高度實在太高，完全沒有空氣阻力的影響，這些太空垃圾一旦產生，恐怕千萬年後都不會消失。
而這條軌道又是唯一且最寶貴的軌道，因為只有它同時滿足了在赤道上空（0度軌道傾角）和35786公里的軌道高度兩個條件，能滿足與地球自轉相同的24小時軌道週期，實現同步/相對靜止。
這樣看來，這條軌道是不可替代的稀缺的軌道資源。因此全世界都在搶發這個軌道上的通訊衛星以占住資源（國際原則是先發先占），但這條軌道目前已經深受太空垃圾的影響。
圖 國際空間站的Cupola觀景台和裂紋放大圖
2016年4月，一塊極小的太空垃圾碎片擊中了國際空間站上的Cupola對地觀景台玻璃，造成了一個直徑7毫米的裂紋。在國際空間站20年的執行時間裡，由太空垃圾造成的傷痕可謂時有發生，但這一次真是讓人捏了一把汗，因為誰也不知道，如果真出事的話，結局會如何。
由於近地軌道充斥著太空垃圾，人類發射最多的近地軌道/低軌衛星也深受其害，雖然地面會每天更新資訊，提醒有威脅的太空垃圾所處的位置，但為了規避它們，這些衛星也是苦不堪言。為了躲避，這些衛星不得不提前消耗寶貴的燃料，這直接影響了它們的壽命和科學資料。
圖 筆者研究的Swarm衛星兩年內經歷了12次大的軌道機動，以防止兩顆衛星彼此以及和太空垃圾相撞
隨著商業航太的發展，目前Planet labs、Space-X、OneWeb都提出了在幾年內建立數千顆的商業衛星組網方案，這些衛星總數可以輕鬆超過人類過去60年來發射的衛星數量的總和。
當然，這也會大大增加太空垃圾的數量，如果不加以控制而放任太空垃圾隨意增長，在可以想像的將來，地球將被太空垃圾所覆蓋，恐怕任何發射的航太任務都將面臨重大威脅。
如何移除太空垃圾？
正因如此，目前有很多關於太空垃圾移除方式的研究。
（1）自然移除
太陽11年的活動週期是影響低軌太空垃圾的重要原因。當太陽活動很強時，它們更容易被空氣拖回地球銷毀，但這畢竟是自然條件，人類無法干涉。
（2）人為移除
人為方面，目前有專家提出了很多種方案。
比如，採用再一次航太發射的方式將一個乃至很多小型推進裝置安裝到廢棄的大型衛星上，再將它們推回大氣銷毀；
也有採用安裝太陽反射帆的方式，讓太陽風將它們逐漸吹離軌道甚至吹入大氣。
還有一種更為有效且已經被驗證的方案就是直接捕獲太空垃圾。
圖 STS-51-A任務的宇航員Dale Gardner抓住了Westar 6衛星
1984年年初的太空梭STS-41-B任務中，因為火箭的上面級沒有正常工作，美國西聯匯款公司（Western Union）的Westar 6和另一顆印尼訂購衛星入軌失敗，成為太空垃圾。而在隨後11月的的STS-51-A任務中時，太空梭在返回地球之前，飛到這兩顆衛星附近，由宇航員使用載人機動系統飛到它們附近將它們抓住，最後裝入太空梭送回地球。
後來Westar 6在檢修後賣給香港亞洲衛星控股公司，成為大名鼎鼎的亞洲一號衛星，由長征三號火箭發射，這也是我國火箭第一次進行國際商業航太發射。這就是最典型的變廢為寶了。
當然，還有更簡單的方案，就是採用“撒網捕魚”的方式將衛星捕獲，但這種方式也是返回大氣銷毀，無法再次回收了。
不過，上述移除方法都只針對近地軌道的太空垃圾有效，而對高軌尤其是靜止軌道卻毫無辦法。因為它的高度實在太高，移除它們的造價和技術難度遠大於想像。但如果不移除，寶貴的地球靜止軌道資源（僅有一條）會被擠佔，這更是無法接受的。
（3）自我移除
目前，最好的解決方案是治本，換句話說，從一開始，就杜絕衛星成為太空垃圾的可能。在衛星和火箭設計時，就留有一定餘量，讓它們攜帶足夠的燃料，在衛星接近壽命終點時，採用最後的動力，全力以赴脫離寶貴的地球靜止軌道，滑入深空。這個方法也適用於近地軌道。
從理論上講，這種方案是性價比最高也最治本的方案，因此國際上一直在努力推動所有衛星在發射時都留有動力的冗餘設計。因為只有這樣，才會有人類航太可持續發展的未來。
最後，為大家附上所有工作狀態衛星和太空垃圾監測的視覺化網站www.stuffin.space。
值得慶倖的是，恰恰因為最多的（80%）太空垃圾分佈在靠近地面的軌道，這裡極其微弱的空氣阻力會將它們緩慢拖入地球大氣燒毀。
地球大氣是人類最後一道屏障，它燒掉了99%以上的星際塵埃、隕石和太空垃圾，保護了地球上億萬計生命的安全。迄今為止，地球上還從未發生過因太空垃圾墜落地球而直接傷人的事件。
然而，還有一些分佈在更高軌道的太空垃圾，這些垃圾基本上就很難被銷毀了。
特別對於處在地球上空35786公里高的地球靜止軌道，這裡聚集了人類幾乎所有的通訊衛星，它們也產生了很多衛星垃圾。由於這個高度實在太高，完全沒有空氣阻力的影響，這些太空垃圾一旦產生，恐怕千萬年後都不會消失。
而這條軌道又是唯一且最寶貴的軌道，因為只有它同時滿足了在赤道上空（0度軌道傾角）和35786公里的軌道高度兩個條件，能滿足與地球自轉相同的24小時軌道週期，實現同步/相對靜止。
這樣看來，這條軌道是不可替代的稀缺的軌道資源。因此全世界都在搶發這個軌道上的通訊衛星以占住資源（國際原則是先發先占），但這條軌道目前已經深受太空垃圾的影響。
圖 國際空間站的Cupola觀景台和裂紋放大圖
2016年4月，一塊極小的太空垃圾碎片擊中了國際空間站上的Cupola對地觀景台玻璃，造成了一個直徑7毫米的裂紋。在國際空間站20年的執行時間裡，由太空垃圾造成的傷痕可謂時有發生，但這一次真是讓人捏了一把汗，因為誰也不知道，如果真出事的話，結局會如何。
由於近地軌道充斥著太空垃圾，人類發射最多的近地軌道/低軌衛星也深受其害，雖然地面會每天更新資訊，提醒有威脅的太空垃圾所處的位置，但為了規避它們，這些衛星也是苦不堪言。為了躲避，這些衛星不得不提前消耗寶貴的燃料，這直接影響了它們的壽命和科學資料。
圖 筆者研究的Swarm衛星兩年內經歷了12次大的軌道機動，以防止兩顆衛星彼此以及和太空垃圾相撞
隨著商業航太的發展，目前Planet labs、Space-X、OneWeb都提出了在幾年內建立數千顆的商業衛星組網方案，這些衛星總數可以輕鬆超過人類過去60年來發射的衛星數量的總和。
當然，這也會大大增加太空垃圾的數量，如果不加以控制而放任太空垃圾隨意增長，在可以想像的將來，地球將被太空垃圾所覆蓋，恐怕任何發射的航太任務都將面臨重大威脅。
如何移除太空垃圾？
正因如此，目前有很多關於太空垃圾移除方式的研究。
（1）自然移除
太陽11年的活動週期是影響低軌太空垃圾的重要原因。當太陽活動很強時，它們更容易被空氣拖回地球銷毀，但這畢竟是自然條件，人類無法干涉。
（2）人為移除
人為方面，目前有專家提出了很多種方案。
比如，採用再一次航太發射的方式將一個乃至很多小型推進裝置安裝到廢棄的大型衛星上，再將它們推回大氣銷毀；
也有採用安裝太陽反射帆的方式，讓太陽風將它們逐漸吹離軌道甚至吹入大氣。
還有一種更為有效且已經被驗證的方案就是直接捕獲太空垃圾。
圖 STS-51-A任務的宇航員Dale Gardner抓住了Westar 6衛星
1984年年初的太空梭STS-41-B任務中，因為火箭的上面級沒有正常工作，美國西聯匯款公司（Western Union）的Westar 6和另一顆印尼訂購衛星入軌失敗，成為太空垃圾。而在隨後11月的的STS-51-A任務中時，太空梭在返回地球之前，飛到這兩顆衛星附近，由宇航員使用載人機動系統飛到它們附近將它們抓住，最後裝入太空梭送回地球。
後來Westar 6在檢修後賣給香港亞洲衛星控股公司，成為大名鼎鼎的亞洲一號衛星，由長征三號火箭發射，這也是我國火箭第一次進行國際商業航太發射。這就是最典型的變廢為寶了。
當然，還有更簡單的方案，就是採用“撒網捕魚”的方式將衛星捕獲，但這種方式也是返回大氣銷毀，無法再次回收了。
不過，上述移除方法都只針對近地軌道的太空垃圾有效，而對高軌尤其是靜止軌道卻毫無辦法。因為它的高度實在太高，移除它們的造價和技術難度遠大於想像。但如果不移除，寶貴的地球靜止軌道資源（僅有一條）會被擠佔，這更是無法接受的。
（3）自我移除
目前，最好的解決方案是治本，換句話說，從一開始，就杜絕衛星成為太空垃圾的可能。在衛星和火箭設計時，就留有一定餘量，讓它們攜帶足夠的燃料，在衛星接近壽命終點時，採用最後的動力，全力以赴脫離寶貴的地球靜止軌道，滑入深空。這個方法也適用於近地軌道。
從理論上講，這種方案是性價比最高也最治本的方案，因此國際上一直在努力推動所有衛星在發射時都留有動力的冗餘設計。因為只有這樣，才會有人類航太可持續發展的未來。
最後，為大家附上所有工作狀態衛星和太空垃圾監測的視覺化網站www.stuffin.space。