項目簡介

為了應對太空垃圾問題，歐空局開展了ADRIOS計劃(Active Debris Removal/In-Orbit Servicing，主動碎片清除/在軌服務),該計劃有兩個主要目標：清除太空垃圾并開發在軌服務所需的能力。

歐空局認為，與防止在軌航天器碰撞相比，主動進行太空垃圾移除可視為一種更有效的解決方案。為了最大限度地發揮清除碎片的效果，選定的目標應該具有較大的質量(因為它們在發生碰撞時會對環境造成顯著影響)。此外，它們還需要呈現高碰撞概率，這意味著它們應該位于太空碎片稠密的地區(高傾角大約800～1000公里的高度)并具有大的橫截面積。

歐空局：小鋁球以7公里/秒的速度與18厘米厚的鋁塊進行碰撞-突出了空間碎片的危險

2020年，歐空局將第一個ADRIOS任務分配給Clear Space公司，該公司是一家由洛桑聯邦理工學院(EPFL)研究人員成立的初創公司。

ClearSpace-1任務由Clear Space公司領導，NanoSpace公司負責開發航天器的神經系統，即其四個機械臂背后的電子設備。沃州工程與管理大學(HEIG-VD)負責設計與制造航天器的遠程雷達系統。APCO Technologies公司將提供衛星的復合結構以及熱控制系統。Micro-Cameras&Space Exploration(MCSE)公司提供兩臺微型攝像機，為目標捕獲操作期間提供必要的視覺輔助。最后Syderal Swiss公司將為ClearSpace-1制造處理器面板，用于分析目標圖像。

在第一個ADRIOS任務中，Clear Space公司計劃發射一顆名為“清潔太空”一號(ClearSpace-1)的航天器。ClearSpace-1將是歐洲首個實用性空間碎片主動清除系統，這是2012年ESA“歐洲離軌”(e.Deorbit)任務的延續，計劃在2025年發射，通過其四重機械臂進行在處置軌道上進行一個太空垃圾的捕獲與銷毀任務。

Clear Space-1任務渲染圖

該次任務是有史以來第一次通過高度精確、復雜、近距離的操作將現有的廢棄物體從軌道上移除的活動。然后，該任務將推進到更大的目標，通過后續任務增加捕獲難度，最終完成多目標捕獲任務。

ClearSpace-1任務

ClearSpace-1航天器的任務是從地球軌道上移除一個大型物體。該衛星將瞄準位于約800km×660km高度軌道上的織女星運載火箭二級的有效載荷適配器維斯帕(Vespa)上面級。Vespa上面級的外形為圓柱和圓錐的結合體，直徑約為2.1米，高約為1.3米，質量約為112千克，大小接近一顆小型衛星，相對簡單的形狀和堅固的結構讓它成為了首次捕獲的合適目標。

首次任務打算捕獲的目標：Vespa上面級(紅框內)

按照計劃，ClearSpace-1將由織女星-C運載火箭發射升空，其先被發送至500km高度的軌道上進行充電與基本測試。當衛星的狀態確認正常后，ClearSpace-1將會轉移至高軌道，利用十二個maxon驅動器操作其四個機械臂進行Vespa上面級的捕獲工作。后續，ClearSpace-1會與捕獲到的太空垃圾一起機動到地球大氣層，在再入過程中通過與大氣層相互作用的方式燃燒殆盡。

ClearSpace-1任務示意圖

技術挑戰

時任歐空局總干事沃納曾說過：“截止目前實現的所有軌道捕獲任務，都是發生在配合性的、完全受控的目標物體上。對于空間碎片，這種控制無法實現，相反，這些物體是漂浮的，經常隨機翻滾。因此，首次捕獲和處置非配合目標代表了一項極具挑戰性的成就。但隨著未來十年衛星總數量將迅速增長，定期進行太空碎片清除對于防止太空垃圾問題惡化而產生嚴重碰撞事故變得至關重要。”

正如Clear Space公司所提到的：“在無摩擦微重力條件下，捕捉以28000公里/小時移動的物體必須在精確的編排中進行，因為極輕微的接觸都會顯著改變其運動與旋轉軌跡。”

Clear Space公司的創始人兼首席執行官盧克·皮格評論說：“在軌道速度下，即使是一顆螺絲釘也會產生爆炸力，這是任務設計者無法屏蔽的;相反，需要主動的進行清除碎片來應對潛在威脅。”他認為，ClearSpace-1類似于“拖車”的設計將可用于關鍵任務軌道的碎片清除，否則這些軌道可能無法用于未來的任務，該方案可以消除日益增長的風險并使整個航天業受益。并且，該方案是經濟可行且可持續的。

歐空局還表明，該次任務將是一次基礎實踐，后續會將這種開創性的捕獲構成了反復出現的商業案例，不僅可使全球負責任的空間參與者進行碎片清除，還可用于在軌服務：相同的技術可進行衛星在軌燃料補充以及維修，從而延長衛星使用壽命。

小結

空間碎片清除已經成為國際社會公認的穩定軌道環境的必要手段。對此，不少國家正在積極研究對策。我國對空間碎片清除以及軌道廢棄物處置技術手段與國際先進水平還有較大差距，為此，需積極發展空間碎片清除系統(技術)，這不僅能使我國將來更好的應對空間資源緊張問題，更能彰顯我國作為負責任的航天大國的國際地位。