媒体报道中有一个普遍法则，称为“贝特里奇法则”：每当一个标题提出一个问题——尤其是耸人听闻的问题——答案都是“否”。这次我将打破这个法则。轨道激光炮不仅是一种引人入胜的技术，而且，是的，它是清理地球周围日益浓密的危险碎片云的最有希望的方法之一。并且要说清楚，太空垃圾确实是一个危险。大约有 25,000 件比拳头大的、人造物体在轨道上飞行，还有大约五十万件比一角硬币大的碎片。如果你算上毫米级的弹片，这些游荡的碎片的数量会达到数百万。低地球轨道的典型速度约为每小时 30,000 公里（每小时 18,000 英里），是步枪子弹速度的十倍。你看到了问题：一次小小的撞击可能产生巨大的冲击。到目前为止，还没有发生过任何与电影《地心引力》中耸人听闻的事件类似的太空垃圾灾难，但现实仍然令人不安。2009 年，一枚价值 5000 万美元的铱通信卫星与一颗报废的俄罗斯卫星相撞而被摧毁。三年后，费米空间望远镜险些与另一颗苏联时代的卫星相撞。美国宇航局不得不为国际空间站披上防护罩，以保护它免受反复的小型撞击，而且该机构有时会移动整个空间站来躲避更大的垃圾块。轨道碎片会增加太空业务的成本和风险。
设想中的空间站激光炮（左上角）将与一个名为 EUSO 的望远镜协同工作，以追踪和摧毁太空碎片。（来源：RIKEN）轨道上的垃圾数量正在迅速增加，这意味着这些成本和风险也在增加。一旦垃圾进入太空，它们需要很长时间才能返回：低轨道需要数年到数百年，而地球同步轨道（40,000 公里高，许多通信卫星所在地）几乎是永远。最令人不安的是，轨道上的碰撞会产生更多的垃圾，从而导致更多的碰撞。这可能导致一个失控的过程，称为凯斯勒综合症。这就是激光炮的作用所在。日本理化学研究所（RIKEN）的 Toshikazu Ebisuzaki 和他的研究团队制定了一个计划，通过用高功率聚焦辐射射击太空垃圾，来清理近地空间。激光不需要能够摧毁整个碎片。它只需要汽化足够多的物体，使其减速并使其螺旋进入地球大气层，在那里它会在到达地面之前无害地烧毁。这是一个巧妙的解决方案。Ebisuzaki 的概念受到一项名为“极端宇宙空间望远镜”（Extreme Universe Space Observatory）的科学项目的启发，该项目目前正在为国际空间站开发。EUSO 将于 2017 年安装在空间站上，它本身就是一个迷人的仪器；它将通过观察宇宙射线与空气分子碰撞时产生的辉光来研究极其高能的宇宙射线。但 EUSO 灵敏的广角光学器件也使其非常适合探测和追踪难以从地面定位的微小太空碎片。找到目标是摆脱它们的第一步。下一步，当然是激光。RIKEN 的概念（尚未获得资助）将从安装在国际空间站上的 10 瓦激光原型开始，能够每秒发射 100 束激光脉冲。这将为更大规模的系统铺平道路，该系统足够强大，可以清除 100 公里范围内的任何太空垃圾，并最终发展成一艘配备 500,000 瓦激光、每秒可发射 50,000 次的专用垃圾清理卫星。日本研究人员声称，这样的卫星每年可以清除 100,000 件垃圾，速度足够快，可以将整个轨道碎片问题控制住。
太空碎片快速增长的种群。“LEO”指低地球轨道。（来源：萨里空间中心）有重大的技术障碍需要克服，包括识别碎片所需的强大数据处理能力以及使如此强大的激光器运行多年所需的相当大的能源供应。建造一艘巨大的激光炮卫星也不会便宜。但这正是解决太空垃圾问题所需的雄心勃勃的思维方式。此外，还有几项其他清理技术正在开发中。一个独立的日本牵头的团队提出了使用一个巨大的电磁绳索来捕捉和清除太空碎片。一个名为 e.DeOrbit 的欧洲项目将使用网或鱼叉捕获大型太空碎片，并将它们送往地球。其他正在研究的概念将使用加压气体、大型磁化网或弹弓式卫星。然而，激光炮相对于所有这些选项都有一些明显的优势。它可以处理小垃圾，而不仅仅是大块垃圾，并且可以处理比任何单个目标都多的目标。如果所有这些想法听起来有点疯狂，那是有原因的：清除太空垃圾是一个非常、非常困难的问题。需要搜寻的空间很大。单个碎片大多很小，几乎看不见，而且它们各自遵循独特的轨道。困难的问题需要创造性的（有时是疯狂的）解决方案。更复杂的是，没有人为清理投入多少资金，而且任何能够清除太空垃圾的任务都可能清除现役卫星——这是一个微妙的政治问题。如果理化学研究所的激光炮项目从未实现，那很可能是由于预算和政治障碍，而不是技术原因。从长远来看，处理太空垃圾的最好方法是永远不要制造它。这里最重要的原则之一是所谓的“易毁设计”——也就是说，设计卫星使其在任务结束后的 25 年内自动离轨并从垃圾堆中清除。一种简单的方法是为卫星配备一个小帆，在不再需要时打开。所谓的薄纱帆就像一个太空降落伞，利用阳光的压力和轨道上极其稀薄的大气层产生阻力。阻力会将卫星拉向火热的毁灭。
地球的模拟视图，来自行星学会新推出的 LightSail，于 5 月 20 日发射。太空帆可以用来清除卫星碎片——或者将人类带往伟大的探索征程。（来源：Josh Spradling/行星学会）薄纱帆的功能与太阳帆非常相似——就像行星学会今天推出的原型 LightSail 一样。这为故事带来了一种巧妙的对称性。强大的太空激光器可能有助于清除碎片，但它们也可能用于发射高速航天器。太阳帆可以用于让卫星离轨，但它们也可以提供前往新世界的新导航方式。简而言之，清理我们本地垃圾场所需的技术解决方案可能与开辟通往星辰之路所需的解决方案完全相同。
在 Twitter 上关注我：@coreyspowell
