苹果联合创始人看上的“太空清道夫”，是一门好生意吗？

本文来自微信公众号：极客公园前沿社（ID：GeekParkFrontier），作者：前沿社，原文标题：《解锁太空新商机，苹果联创化身太空“清道夫” | HyperTech》，头图来自：视觉中国

自 1957 年世界上第一颗人造卫星普特尼克 1 号发射以来，太空碎片的数量一直在增加。特别是 2018 年后，随着技术上对卫星跟踪能力的提高，越来越多的公司（SpaceX、亚马逊和 OneWeb 等）开始发射大型卫星群，太空碎片猛增。

未来十年全世界将发射多达 50000 颗新卫星。其中大部分将是小型、一次性的微型卫星，但对更大型卫星的需求也会增多。

而解决这些太空碎片也没那么简单，炸毁不活跃的卫星只会搞出更多碎片，正如俄罗斯去年在导弹试验中所做的那样。这直接导致了国际空间站的宇航员不得不在运输舱中蹲守几个小时，以防被毁坏的卫星碎片撞到空间实验室。

太空碎片也“有害”

太空碎片一般停留在发射到的轨道上，但可以向任何方向绕着地球飞行。截至今年 1 月，大约有 37000 件大于 10 厘米的太空垃圾被追踪到，其中大部分在近地轨道。检测更小的物体要难得多，但是科学家估计有超过 3.3 亿个小于 1 厘米的碎片。

大于10cm的太空垃圾激增｜Quartz

这些太空碎片有可能会撞上我们依赖的卫星们，它们提供的服务包括天气预报、全球定位系统和卫星互联网在内的其他通信。美国国防部第 18 空间控制中队指挥官 Tyler Eske 中校说：“这些卫星可能会被（碎片）击中，替换它们的成本非常昂贵。”（第 18 中队全天候监测空间碎片，如果正常的空间物体需要避开太空碎片，就向美国宇航局发出警告。）

2016年，国际空间站的一扇窗户被一块油漆碎片击中｜欧洲航天局/美国宇航局

而即使是一点油漆也足以损坏航天器的窗户。“近地轨道的速度可以达到每秒 15 公里的碰撞速度，”欧洲航天局的专家 Stijn Lemmens 说。“一个小物体仅仅因为速度之快，就可以产生手榴弹的效果，摧毁整个卫星。

从理论上讲，一次碰撞可能导致另一次碰撞。空间碎片的数量可能达到一个临界点，超过临界点，就会出现连续的自产生碰撞，这被称为“凯斯勒综合征”（Kessler syndrome）。这样的情况可能会使大片空间无法使用。

为什么说这些“垃圾”不简单

目前针对太空碎片问题采取的对策主要是跟踪和规避。美国国防部编制了低地球轨道和地球同步轨道空间站（与地球轨道周期相符）轨道物体的目录，包括运行中的物体和碎片。

在此基础上，对碰撞风险进行评估和排序。例如，如果较大的物体看起来会对国际空间站构成威胁，并且有足够的预先通知，美国宇航局将采取避免碎片演习来改变国际空间站的位置。

然而，如果碎片太小或者出现得太突然，他们就会把机组人员送到他们的运输车上进行潜在的紧急疏散。除此之外，保护我们飞速发展的技术的任务基本上就交给设备防护罩了。

目前的解决方法有两个主要弊端。

人造卫星飞行距离｜Quartz

首先，存在一些技术空白。尽管相控阵雷达系统不断扫描天空来探测低轨道天体，但它们只能每隔几天进行一次观测。他们捕捉到的东西也是有限的。目前大部分雷达追踪碎片的距离可达 4000 公里。（SpaceX 的猎鹰 9 号就远远超出了这个范围。）

其次是太空追踪器之间不能共享数据。太空碎片的主要跟踪者有中国、欧洲航天局、俄罗斯等，这些国家都保留着自己的数据，国家之间不会轻易分享数据。“每个人都能看到天空，但我们还没有把所有的眼睛聚集到一起。”Tyler Eske说。

在这一点上，即使把外面的信息拼凑起来也很困难，因为没有共同的代码。

“我们还没有建立一个罗塞塔石碑（古埃及托勒密王朝著名石），当这些人说对象 1、2、3，那实际上是对象4、5、6。”德克萨斯大学奥斯汀分校的航空航天工程副教授 Moriba Jah 补充说。

到目前为止，他汇编了一个最接近于完整的图片，但即使是这样也充满了空白点。

太空碎片模型图｜犹他大学奥斯汀分校

Jah 的模型用不同颜色的点代表空间中的物品，但没有考虑到它们的形状和大小。“除了将物体表示为炮弹或球体之外，我们还没有能力描述它们。”他说，“物体有大小、形状和材料属性，但目前还没有数据库向任何人提供这些信息。”

碎片可以被清除掉吗？

一个解决办法是移除“已死”的卫星，欧洲航天局的 Stijn Lemmens 将其称为“坐以待毙”。到目前为止，这个方法具体操作包括发射一个已知的物体，捕获卫星并一起脱离轨道。欧空局希望在 2025 年之前能更进一步，执行捕获空间碎片的任务。

此外，美国犹他大学机械工程系的 Jake J. Abbott 教授带领的研究团队及其合作者发明了一种利用旋转磁铁操纵轨道碎片的技术。在去年 10 月在《Nature》刊登的《导电非磁性物体的灵巧磁性操纵》的论文有详尽介绍。

Jake J Abbott | Dan Hixson 犹他大学工程学院

这项技术的要点在于，因为太空碎片中的大多数都是由非磁性铝制成的，所以依靠磁铁的移除机制通常不能有效地“抓住”它们。然而，由 Jake Abbott 及其同事开发的新的非接触技术可用于操纵任何导电物体。它使用磁感应工作，其中快速变化（旋转）的磁场感应出电流，该电流在导体中形成称为涡流的圆形回路。这些回路反过来产生它们自己的次级磁场，从而将导电物体变成电磁体，在原始磁场源上施加磁力。

如果该磁场是由移动或旋转的磁铁产生的，则感应力会与原始运动相反并减慢磁铁的运动。这种“阻力”效应已经被用作一些火车的制动系统，以及工业电机和过山车的磁力推进系统等。

事实上，自 1800 年代以来，科学家们一直在利用磁感应在导体之间短距离无线传输能量，用于电力变压器、无线智能手机充电，当然还有感应锅碗瓢盆。

Abbott  及其同事通过抓住并移动漂浮在一桶水中的铜球来测试他们的方法，模仿太空的低摩擦环境。他们表明，他们的磁铁不仅能够围绕正方形移动球体，还能够旋转它。

模拟微重力下铜球的灵巧操作 | 该论文

研究人员表示，该技术可用于以安全的方式减缓空间碎片的翻滚运动，然后将其拖到较低的轨道进行处置。他们补充说，这项技术还可以用来阻止损坏的卫星旋转，以便对其进行修复——这在目前是不可能的。由于它是非接触式的，它也可以让工程师操纵特别脆弱的物体。

苹果联创的太空清理公司Privateer

去年 9 月，苹果公司联合创始人史蒂夫·沃兹尼亚克（Steve Wozniak）宣布他将成立一家名为“ Privateer”的太空公司，希望解决日益严重的太空垃圾问题。

目前，Privateer 还处于保密状态，只有一段公开视频，视频中并没有明确说公司计划做什么，更多的只是一些太空飞行和气候变化的画面，然后还有一句标语——“天空不再是极限（ The sky is no longer the limit ）。”

最初 Privateer 被认为是在研究轨道碎片清除技术，但之后更多透露的信息显示，该公司转而专注于更好地监测卫星和其他在轨物体，或计划发射卫星来研究和分类太空垃圾，创建一种太空地图。

视频截图｜Privateer

去年 10 月，Privateer 官宣了 Moriba Jah 作为其首席科学顾问。

“我们希望专注于决策情报，”Jah 在第 72 届国际宇航大会期间接受采访时说，“我们如何让这些事情变得可行，并且让空间变得更加透明、更加可预测，并且能够开发出一系列证据来帮助人们，并让他们为自己（对太空的）行为负责。”

Jah 开发了一个可视化工具  AstriaGraph，它将来自多个来源的空间态势感知数据汇集了起来。他说，Astraagraph 公司将成为 Privateer 公司努力的核心，创造“太空的多源数字公共资源”。

Privateer 将通过计划开发的一系列卫星星座的数据来增强这种能力。它的第一颗原型卫星 pono-1 将于明年年初发射。三单元立方体卫星将携带各种传感器，以跟踪和描述空间物体的特性。

这些数据的用途不仅仅是预测连接，Jah 说。它可以帮助天文学家减轻卫星对其观测的影响，并帮助政府机构根据《外层空间条约》第 6 条对空间活动进行“持续监督”。他补充说，能够根据物体的形状和旋转速度等细节描述其特征，可以帮助公司开发清除轨道碎片的技术。

Privateer 收集的一些数据将进入 Astragraph，这些数据将继续免费提供。“Privateer 将提供某种商业版本的服务，并在数据之上提供增值服务。”

Privateer 也并不是唯一一家涉猎太空垃圾清理的公司。根据 SpaceFund 的行业追踪，有 37 家参与减少碎片的公司。SpaceX 的 CEO 埃隆·马斯克（Elon Musk）也表示，其开发中的星际飞船火箭也可用于太空碎片清理。

值得一提的是，SpaceX 上周还宣布今年将尝试首次商业太空行走。随着航天技术的商业化步伐加快，太空的服务和供应行业正在发展，拖车、加油站和太空机械机器人不仅将提供推进剂、零件和维修，以及将卫星移至不同轨道的能力，来延长太空资产的寿命；也将成为建立在再利用、再回收、再供应和再利用这一核心原则之上的全新太空经济的基础。

卫星服务行业是建立太空经济的重要一环，供应链上的这第一步将导致许多其他商业模式和技术的产生。我们可以看到，已经有投资者将把赌注押在这类公司上了，它们是过度饱和的卫星发射行业的替代品和受益者。

原文链接：

The world urgently needs a new way to track space junk

https://t.cn/A66h9TZ9

Electromagnets could help clean up space junk

https://t.cn/A66h9EXI

Space tracking startup Privateer hires Jah as chief scientific adviser

https://t.cn/A66h9gwM

本文来自微信公众号：极客公园前沿社（ID：GeekParkFrontier），作者：捂耳朵 & flaash