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建立太空交通管制系統STM與太空垃圾回收技術

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科技產業資訊室 - May 發表於 2019年9月12日
圖、建立太空交通管制系統STM與太空垃圾回收技術 
 
針對防止太空垃圾或衛星在太空相撞,日美兩國政府將合作打造「太空交通管制」(STM)系統,掌握每顆衛星在太空位置的信息網,還將與英法等歐洲國家進行合作。事實上,聯合國和平利用外層空間委員會,於2019年6月針對削減太空垃圾及維持衛星安全通過了指導方針,共有92個國家加入。
 
由於,50年以來各國的衛星都是按照自己的規則在太空飛行,長期下來,若放置不管,垃圾碎片會不斷相撞,將對現存的太空衛星及國際太空站造成太空探索行動的潛在威脅。也就所謂凱斯勒現象(Kessler Syndrome)理論假設認為當太空垃圾的密度達到一定程度時,會造成太空垃圾布滿近地軌道,令人類在數百年內無法進行太空探索甚至使用人造衛星。所以,太空垃圾回收技術結合STM系統,將形成太空服務商機之一。
   
目前,美俄中大國出於國防安全理由而正在研發太空的管制系統,還有民間私人企業也紛紛看準太空商機,正開發商業用途的衛星且不斷增加,例如:SpaceX、Blue Origin、OneWeb等等。為減輕美軍的管制業務負擔,美國商務部建立STM太空交通信息網以供民企掌握商業衛星的動向及預警機制,包括:衛星、太空垃圾或碎片。
 
日本安倍晉三在今年(2019) G20大阪峰會上宣佈,開始進行太空垃圾清除技術的實證試驗,預計在2022年之前發射實驗衛星,與太空垃圾並排飛行進行圖像拍攝、數據收集,掌握太空垃圾的飛行方式。然後發射具有清除功能的其他實驗衛星,嘗試捕獲太空垃圾。日本計劃到2025年將一系列技術投入到實際應用。

對於太空垃圾清理的計劃及構想,還有利用過機器人、繩網、電磁線纜、雷射等手段對付太空垃圾。
 
其實,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)科學家開發以導電性「太空纜索」(electrodynamic tether)約700米(2,300英尺),減緩太空垃圾的運行速度,以便將其帶至離地球表面較近的軌道,利用地心引力的導引,並在可能撞擊地球表面前無害地燃燒殆盡。這種纜索天鉤是由1家漁網公司協助開發。然而,在2017年進行實測時,纜索天鉤並未成功釋放出而以失敗告終。
 
歐洲航天局(ESA)計劃研發一種軌道清理衛星 e.Deorbit,攜帶繩網、機械臂等裝置,將捕獲的退役衛星一同帶回大氣層燒毀,該e.Deorbit預計在2023年升空。同時,它將在軌道上執行各種不同的衛星服務,包括加油、翻修或重新啟動。


美國加州新創公司 The Aerospace Corp 研發回收太空垃圾的「紙片清道夫」Brane Craft,重量僅50克,配備太陽能電池、電力系統、指揮通訊控制系統等裝置,以電活性的聚合材質進行吸附與包覆太空碎片,隨後拖曳至大氣層中燒毀。

加拿大新創公司NorthStar Earth & Space 成立於2015 年,專注於太空物體跟踪的軟體分析公司。NorthStar提出要組建一個衛星星座,以更好追踪細小的太空碎片,該公司將打造首個具備監測太空碎片能力的商業衛星星座。目前,Northstar 正在與太空聯盟公司(The Space Alliance)共同設計一個由40 顆衛星組成的星座,放入低、中和地球同步軌道。據知,Northstar 單個衛星重量預計約為700 公斤,配備地球觀測的高光譜和紅外攝像機,以及用於監測軌道的光學攝像機,具備監測和跟踪太空碎片的能力,將對產生的數據進行分析,最終預測潛在的碰撞風險。計劃2021 年能夠正式開始提供商業服務。

根據歐洲航天局(ESA)的資料,截至目前,人類已經發射衛星約8950顆。然而,更多是太空垃圾或碎片,美國NASA確認10厘米以上的太空垃圾約2萬個;推測1~10厘米的太空垃圾50萬個;而1毫米以上的超過1億個。但是,全世界尚未達成太空垃圾回收技術。(1102字;圖1)
 
 
參考資料:
太空垃圾。維基百科。
A Japanese Space Junk Removal Experiment Has Failed in Orbit. Seeker, 2017/1/31.
ESA's e.Deorbit debris removal mission reborn as servicing,ESA, 2018/12/21.
BRANE CRAFT REMOVES SPACE DEBRIS. The Aerospace Corp

 
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