太空垃圾跟踪器,脉冲信号识别太空垃圾,中国科学家用技术进步

随着太空技术的不断发展,地球也在不断向太空发射卫星。这些卫星帮助地球完成一系列任务,各个国家也在追求这些战略资源,所以说在地球的周围运行着数以万计的人造卫星。

但是这些卫星的寿命不是永恒的,卫星总有失效的一天,也有自己的生命周期。一旦卫星在太空中寿终正寝或者损坏,如果不能被地球收回,那么卫星就会成为太空中的孤魂野鬼,成为人们常说的太空垃圾。

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具体的讲,太空垃圾是指在绕地球轨道上运行,但不具备任何用途的各种人造物体。这些物体小到固态火箭的燃烧残渣,大到在发射后被遗弃的多级火箭。所以说,太空垃圾各种各样,形状大小各有各的不同。太空垃圾不一定是硬的东西,宇航员在太空中丢掉的软手套也能造成致命攻击。

然而无论太空垃圾多么小或多么大,它们有撞击其它航天器的风险,某些太空垃圾在返回大气层时也会对地面安全造成威胁。因为太空垃圾在地球周围飞行的速度特别快,因此它们的撞击力特别强大,即便一颗豌豆大小的金属碎片,就有可能把一个航天器击碎。所以说,防止太空垃圾袭击航天器和袭击地面都是重要的。

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并且,现在各国都在不断向太空中发射卫星,所以太空中的卫星数量日益激增,因此带来的太空垃圾也在不不断增长。随着太空探索的推进,太空垃圾的数量逐年递增,所带来的问题日益严重,这也受到了很多人的关注。还对航天员的生命存在特大威胁,试想一下,如果航天员出仓任务时被太空垃圾击中,后果将不堪设想。

而且太空垃圾多了之后还会造成更深远的影响,凯斯勒现象理论假设认为当太空垃圾的密度达到一定程度时,会造成太空垃圾布满近地轨道,令人类在数百年内无法进行太空探索甚至使用人造卫星。为了让未来人类能够继续发射卫星,也为了保护地球和卫星的安全,全世界都在关注和研究如何清理太空垃圾,清理太空垃圾也不是很容易的。

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清理垃圾之前肯定要检测到垃圾,只有跟踪到垃圾才能对太空垃圾有更清醒的认识,才能对后来清理垃圾产生指导意义。而在检测与跟踪太空垃圾上,中国迈出了重要的一步,也诞生了新的技术。

中国测绘科学研究院的科学家,在《激光应用杂志》上发表了太空垃圾检测技术。马天明,赵春梅和何正斌演示了一种能显著改善空间碎片检测系统的方法,并且这种技术与设备升级无关,但是可以使现有系统检测到比现在小的得多的太空垃圾碎片。检测到更小的垃圾碎片,也意味着收集垃圾将更容易,也避免不必要的资源损失。

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而根据科学研究,太空垃圾检测主要分为下面几个步骤。用于检测和跟踪空间碎片的最常见系统是地面激光测距望远镜(LRT)。

LRT会向正在研究的空间区域发送超短激光脉冲。如果脉冲足够强,可以通过低地球轨道(LEO)和地球同步地球轨道(GEO),而大多数太空垃圾都聚集在此。如果脉冲什么都没有击中,信号就会消失。但是,如果脉冲撞击到一块太空垃圾,则信号会反射回地球并由相关的望远镜捕获。根据信号的强度和返回地球所需的时间,研究人员可以确定到碎片的距离及其某些属性。

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脉冲信号发射


所以通过脉冲信号的分析,我们就能知道太空轨道上什么地方有太空垃圾,垃圾的大小以及距离地球的距离就可以一清二楚了。看起来很简单不是么?不过在实际行动中做起来并不是很简单。目前,已被编录的大于10厘米太空垃圾现已超过9000个,而1毫米以下的微小太空垃圾可能有几百万甚至几千万个。

1毫米以下的太空垃圾竟然有几百万甚至几千万个,大部分空间碎片很小,并且高速移动,而反射信号通常是比较弱。因此对于极小的太空垃圾,可能无法精确接收到这些垃圾信号。另外,脉冲枪很难时刻定位那些极小的太空垃圾,就像你用红外线手电持续跟踪照射空气中的灰尘一样。

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不过研究人员也在努力改进技术,使用了一系列计算机技术,例如深度学习和神经网络。利用先进的计算机技术,脉冲望远镜的指向精度提高了约9倍方位角和3倍俯仰角,所以新模型应该比现有模型具有更高的检测率,更能检测到微小的太空垃圾。

总得来讲,太空垃圾是由于人类发射卫星而不可避免的在太空中产生垃圾,太空垃圾对航天器和宇航员都有威胁。看了《地心引力》这个电影的人都知道,电影中太空飞行器一系列的危险事故都是由于一颗太空微粒撞击引起的。

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所以说,世界都在关注如何清理太空垃圾,而中国科学家利用脉冲信号提高了太空垃圾的检测技术,更能发现微小的太空垃圾。对于如何清理垃圾,目前也有传统的做法,如由外层空间以高能激光或太阳能,可以聚焦击毁或使太空垃圾减速坠入大气层,并被大气层燃烧清除。


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