数字任务工程警示：空间碎片与环境危机的挑战

本文原载于Ansys Advantage：《SPACE DEBRIS An Environmental Crisis》

2021年8月，政府间气候变化专门委员会 (IPCC)发布了迄今为止最重要的报告，确定了气候危机不断累积的证据。IPCC发现，海洋中已有5.25万亿个大型和微小塑料碎片，且在以每天800万的速度增加。然而，人类不仅污染了海洋，还在污染空间环境。据美国宇航局称，目前已跟踪到超过2.7万块空间碎片，不过这只是冰山一角。

空间碎片对已成为现代生活组成部分的卫星服务、空间基础设施和经济的发展以及太空探索的未来，构成了巨大威胁。大多数卫星和空间碎片，位于距我们800公里至2000公里之间的近地轨道上。每次卫星发射到太空，碰撞的风险都会增加，而卫星在太空中可能会被摧毁成更小的碎片，从而加剧问题。随着多家领先企业计划构建多达数百颗或数千颗卫星组成的巨型星座，未来几年我们将面临严峻挑战。

空间无垠，但地球轨道有限，而且它们已经变得拥挤不堪。卫星运营商只能消耗昂贵的燃料来维持服务交付和利润，而不是将其卫星移动到更安全或更有利的轨道上。到目前为止，我们的空间运营方式既不利于空间环境，也不利于空间业务，但就是在这样不可持续的基础上，人们还试图建设一个万亿美元规模的空间经济。

解决之道：清除和预防

Astroscale正在推动空间迈向可持续发展的全新时代，并在此过程中为空间经济发展创造可持续的基础。该公司正在开发全方位在轨维护的创新型、可扩展解决方案，包括寿命延长、现场空间态势感知、寿命终止和主动碎片清除。Astroscale致力于培养一种全球认识，即空间是我们地球环境的延伸，保护空间环境对全球空间经济的增长至关重要。通过大力开发相关技术，为国际政策提供信息，并为轨道可持续性建立经济基础，Astroscale正在助力政府和企业调整长期决策方向，并在此过程中建立可持续的空间基础设施。

Astroscale主要通过两种方法来减少地球轨道上的空间碎片数量。第一种是缓解。如果卫星运营商在发射卫星前将对接板安装在卫星上，Astroscale就能派遣维护卫星前往清除任何失效或失常的物体，从而减轻这类物体对卫星服务和其他运营商航天器的威胁，维持可持续的空间环境；第二种是修复。包括与政府和国家空间机构合作，定位并清除大块空间碎片，比如使用后的上级火箭体。清除这些大块碎片是可以保护轨道环境、确保空间运行弹性，并使子孙后代能够持续利用空间。

借助仿真：改进任务

在世界上一些最具创新性的技术开发过程中，仿真起到的作用变得越来越重要，随着发展，它实现的是用模型模拟真实世界过程或系统的操作。

Astroscale与Ansys旗下公司AGI合作，研究地球轨道上的空间碎片。空间系统特别复杂且多变，涉及许多活动部件，但AGI可提供准确的仿真来分析空间中的变化条件。这种测试过程可降低成本，加快开发进程，并帮助Astroscale了解未来可能出现的各种问题。

Astroscale GNC工程师Yuki Seto表示：“Astroscale在演示 (ELSA-d) 任务的寿命终止服务时，使用AGI的系统工具套件 (STK)开展轨道设计和分析，以及链路预算和通信分析。STK被证明是用户友好型平台，允许创建任何类型的轨道星历数据，而这在我们任务开发的早期阶段至关重要。”

结论：刻不容缓

尽管已有措施应对空间碎片的问题，比如用聚合物泡沫覆盖卫星或收取年费，但其紧迫性让我们需要采用综合全面的解决方案，以成功解决这个问题。形成全球意识变得日益重要，Astroscale也正在采取必要步骤，与世界各地的利益相关方合作，力求减少空间碎片，并长期可持续地利用空间。