今年中國遙感50-02號衛星解體時，至少產生了43塊被追蹤到的碎片，使本就擁擠著數萬顆衛星、廢棄火箭殘骸和碎片的軌道環境更加雜亂。
這些碎片於9月被美國太空軍編入目錄，其所處軌道高度大致在600公里至1100公里之間。高度之所以重要，是因為碎片一旦產生，並不會很快消失。美國國家航空航天局（NASA）表示，在約800公里高度，軌道衰減周期常常要以世紀計算，而在1000公里以上，碎片可能會繼續停留1000年甚至更久。
這一事件恰好說明了精密工程部件供應商Accu最新報告中記錄的一個更大的工程難題。
根據Accu委託理察·沃克撰寫的《太空碎片報告》，其分析所用的Space-Track目錄中列出了33269個物體。其中，17682個被歸類為有效載荷，12550個為碎片，2396個為火箭殘骸，641個未分類。
Space-Track隸屬於美國太空軍，維護著一份追蹤地球軌道物體的目錄。
換句話說，這項研究所涉及的追蹤物體中，近47%是碎片、火箭殘骸或身份不明的物體，而非有效載荷。
即便如此，這些數據也只涵蓋了大到足以被編目的物體。
根據Accu的報告，歐洲航天局估計，截至2026年初，地球軌道物體總質量已超過15800噸。
在軌道速度下，體積大小可能具有迷惑性。一小塊材料就能攜帶足以損壞太空飛行器的動能，而更大的碎片則有可能將太空飛行器徹底摧毀。
由此產生了一個不同尋常的工程挑戰：人類在地球周圍製造出了一片不受控制的機械與碎片構成的分布式區域，它們正以極高速度運行，而工程師們如今正在開發日益先進的方法，用來發現、接近、捕獲並最終處置這些碎片。
其中一些解決方案，看起來與太空機器人技術頗為相似。
一個可能自我繁殖的問題
軌道碎片特別棘手的一個特點在於，它有可能產生更多碎片。
兩個物體相撞可能會分裂成數百甚至數千塊碎片，每一塊都可能參與後續的碰撞。這種反饋機制通常被稱為"凱斯勒綜合症
"。
巴斯大學火箭團隊空氣動力學工程師艾蜜莉·薩基在Accu的報告中表示："即便不再有新的發射活動，碎片數量仍會增加，因為碰撞和解體事件產生新碎片的速度，比現有物體自然再入大氣層銷毀的速度更快。"
"預測顯示，無論新的發射活動如何，災難性碰撞事件都呈持續上升趨勢。"
遙感50-02號事件證明了為何高度在這一計算中至關重要。
NASA表示，由於大氣阻力的作用，600公里以下的碎片通常會在幾年內墜回地球。在800公里高度，衰減周期常常要以世紀計算。在1000公里以上，物體通常會繼續運行一千年甚至更久。
因此，一次發生在高海拔的解體事件，留下的可能是延續數代人的問題，而非僅僅數年。
三方占據了已編目碎片的大部分
Accu的分析還試圖確定這些已編目碎片的來源。
其Space-Track數據將4228個碎片物體歸於中國，3929個歸於獨立國家國協（CIS），3884個歸於美國。
這三類合計共12041個物體，占數據集中12550個碎片物體的96%。
這些數字需要結合背景來理解，因為它們反映的是數十年來截然不同的航天計劃和個別事件，而非僅僅衡量當前的行為。
中國的太空碎片數據受到2007年風雲一號C氣象衛星反衛星試驗爆炸事件的重大影響，該事件產生了數千塊碎片。
CIS類別反映的是蘇聯數十年航天活動及其後續活動的遺留問題。
美國的數字同樣涵蓋了漫長的發射歷史。Accu的報告還提到了2009年在軌運行的銥星33號通信衛星與已報廢的俄羅斯宇宙2251號衛星相撞的事件，該事件也產生了數千塊碎片。
Accu還計算了所謂的"碎片強度評分"，將某一方產生的碎片數量與其在軌運行衛星數量進行對比。
按此指標計算，其數據顯示中國每顆衛星對應3.81個碎片物體，法國為2.80，CIS為2.49。該研究計算出的全球平均值為0.71。
但識別碎片遠比清除碎片要容易得多。
太空機器人必須捕獲一個"不想被捕獲"的物體
一顆報廢衛星不會乖乖地待在原地等待維修工程師的到來。
它可能在翻滾。它可能沒有任何可用的通信系統。它可能是在人們設想機器人維修服務之前的幾十年前設計的。它的確切狀態可能是未知的。
而且，與在工廠車間作業的機器人不同，軌道維修飛行器無法簡單地停下一切，請人重新擺放工件。
這使得主動碎片清除（ADR）與自主機器人領域一些最棘手的問題密切相關：感知、導航、運動規劃、操控以及圍繞不確定物體的控制。
一艘清除太空飛行器必須首先找到目標並在不引發碰撞的情況下接近目標。隨後，它需要確定目標的位置、姿態和運動狀態，然後才能足夠靠近以進行捕獲或其他交互操作。
當目標從一開始就不是為了被抓取而設計時，這項操作會變得更加困難。
這正是新一代碎片清除太空飛行器日益將自主交會接近操作與機器人操控相結合的原因之一。
ClearSpace-1為軌道任務準備四臂機器人
最引人矚目的項目之一是歐洲航天局（ESA）的ClearSpace-1任務。
該任務目前的目標是清除ESA於2001年發射的95公斤重的PROBA-1衛星。這顆太空飛行器在設計時並未配備專用的對接或捕獲機構。
因此，ClearSpace-1正被開發用於與一個"未經準備且不配合"的物體進行交會，並使用四條機械臂將其捕獲。ESA目前將其計劃發射時間列為2029年。
該任務的機器人技術層面意義重大。
與通過標準化接口和配合飛行器對接不同，這艘維修飛行器必須接近一個不受控制、已失效的目標並對其進行物理固定。
ESA表示，該任務旨在驗證一系列技術，包括機器人捕獲、近距離制導、導航與控制。捕獲PROBA-1後，維修太空飛行器將與其一同進入可實現大氣再入的軌道。
如果成功，ClearSpace-1的意義將不止於處置單顆衛星。捕獲老舊太空飛行器所需的技術，與未來軌道維修產業所需的技術有很大的重合，後者能夠對太空飛行器進行檢查、維修、重新定位，乃至最終回收。
從這個意義上說，太空垃圾可能會成為一類新型自主太空機器人技術的首批大規模商業測試案例之一。
日本已對自主交會技術進行了實測
日本正通過日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的"商業碎片清除示範"（CRD2）項目推進相關方案。
該項目正與商業合作夥伴共同開發，旨在驗證處理日本產大型軌道碎片的相關技術。
其第一階段使用了Astroscale公司的ADRAS-J太空飛行器，接近並檢查了一具現存的火箭上面級殘骸。
ADRAS-J演示了圍繞不配合物體進行交會與近距離操作的技術，包括環繞飛行檢查，並於2024年12月接近到距目標約15米處。JAXA將此類操作中與碎片發生碰撞描述為一種"嚴重危險"，這說明即便在物理捕獲開始之前，所需的精度要求也極高。
下一步是實施清除。
JAXA的CRD2第二階段旨在從檢查階段推進到實際清除大型軌道碎片，將前一任務中驗證的感知與導航能力，轉化為一次完整處置操作的一部分。
這一進展過程很像是在超大規模上解決一個機器人操控問題：首先定位物體，然後刻畫其特性，確定其運動狀態，安全接近，最後進行物理接觸。
只不過機器人和目標物體都在以軌道速度繞地球運行。
英國計劃開展自己的碎片清除任務
英國也正在投資主動碎片清除以及更廣泛的在軌維修、組裝與製造領域。
英國航天局已支持Astroscale和ClearSpace兩家公司針對一項國家級ADR任務提出的競爭性方案。
Astroscale提出的COSMIC太空飛行器將結合交會接近操作與機械臂，用於捕獲失效的英國衛星。該方案旨在清除兩顆報廢太空飛行器，而非僅進行一次捕獲。
英國政府目前已撥款最高7700萬英鎊，用於一項"國家主動碎片清除任務"，旨在展示該國與英國註冊的軌道碎片進行交會並將其清除的能力。按照目前的戰略規劃，該任務計劃於2029年發射。
這項投資反映出另一個重要趨勢：碎片清除正在成為更廣泛的太空機器人維修市場的一部分。
一艘能夠自主接近並操控報廢衛星的太空飛行器，大多具備與在役衛星進行交互所需的底層能力。
同一技術族群未來有可能支持檢查、延壽、維修、加注燃料、重新定位和組裝等多種功能。
未來衛星或能為機器人"減負"
然而，有一種顯而易見的方法可以讓碎片清除變得更容易：從一開始就把太空飛行器設計成便於清除的樣式。
如今大多數大型軌道碎片在建造時，從未考慮過機器人維修服務的需求。
未來的太空飛行器可以配備標準化接口，為維修飛行器提供已知的導航和物理捕獲位置。
ESA已經通過其"可清除設計"（D4R）方案推進這一理念。
四顆新一代哥白尼衛星正配備標準化接口。ESA還在開發一種名為CAT的維修太空飛行器方案，該方案將與兼容太空飛行器交會，並捕獲一種名為MICE的機械接口。
設想是，CAT可以將衛星降低到足夠的高度，使大氣阻力能在規定時間內將其拖拽墜落，隨後釋放該衛星，並可能轉而處理下一個目標。
這從本質上改變了機器人技術所面臨的問題。
工程師們無需再讓機器人去識別一個陌生太空飛行器上某個結構適合抓取的位置，而是可以為它提供一個專門為自主捕獲而設計的已知目標。
這類似於讓工業機器人操控任意物體，與為每一件工件配備標準化夾具之間的區別。
並非所有方案都需要"抓住"碎片
物理捕獲只是其中一種方案。
ESA也在研究基於雷射的動量轉移技術，即利用強大的地基雷射器對碎片施加極小的作用力，以改變其運行軌跡。
其目的並非將物體炸碎——那樣恰恰會產生與預期相反的結果——而是對不可操控的碎片施加足夠的"輕推"力，以降低碰撞風險。
ESA的相關研究設想將精確的雷射跟蹤與高功率動量轉移雷射相結合，並已考察了建立一個地面站網路的可能性。該機構指出，這一方案存在大量工程與監管挑戰，包括瞄準精度、大氣影響、目標碎片的熱特性、空中交通安全，以及能夠與在軌物體發生相互作用的高功率雷射所帶來的明顯的軍民兩用問題。
該領域正在研究的其他方案還包括阻力裝置、磁性捕獲，以及用於固定不配合太空飛行器的各種其他機構。
不太可能存在一種能清理一切的通用機器。
軌道碎片種類繁多——從微小碎片到大型火箭殘骸乃至整顆衛星——這意味著不同類別的物體很可能需要不同的緩解或清除策略。
經濟賬可能比機器人技術更難解決
即便工程師們解決了捕獲難題，另一個問題依然存在：誰來為清除一個不再產生任何收益的物體買單？
Accu認為，成本、規模、法律複雜性以及軍民兩用方面的顧慮，是阻礙大規模主動碎片清除的主要障礙。
此外還存在一個不同尋常的所有權問題。一顆報廢衛星可能毫無用處，但這並不意味著它自動就成為任何人都可以隨意收走的無主財產。
而一艘能夠接近、捕獲並改變失效衛星軌道的太空飛行器，理論上同樣可以對一顆在役衛星做出同樣的操作。
這使得碎片清除機器人技術在價值上極具意義，但在政治上卻異常敏感。
Accu的報告指出："阻礙太空碎片清除規模化的最大障礙之一，在於軌道上許多風險最高的物體在設計之初根本沒有考慮過被清除的可能性。大型報廢衛星和火箭殘骸往往幾何結構各異、結構狀態未知，還可能處於翻滾狀態，因此單一的清除系統無法做到普遍適用。"
"此外還存在重大的法律和政治障礙：一項能夠清除報廢衛星的技術，同樣很容易被視為對在役衛星的威脅。展望未來，我認為我們需要加強國際合作，建立標準化的ADR對接協議和責任框架，才能讓太空碎片清除變得常規化。"
最便宜的碎片，或許是我們從未製造出來的碎片
因此，主動清除只是答案的一部分。另一部分，是防止今天的衛星變成明天的廢棄物。
謝菲爾德哈勒姆大學火箭團隊項目負責人本·因伯表示，工程層面的應對措施已經開始在太空飛行器研發的更早階段展開。
他說："規模更大的機構如今正積極致力於在設計流程的更早階段尋找解決方案。例如，設計出能在再入大氣層時徹底燒毀的衛星，或是在機器壽命終結時規劃脫離軌道的軌跡。這為新材料、新概念設計以及更高效的製造工藝的開發打開了新的大門。"
但他也補充道："這仍是一個相對新興的領域，目前也只有較大的機構真正在考慮這一點。隨著近地軌道日益擁擠，未來需要形成某種形式的廣泛共識或檢查機制。"
巴斯大學火箭團隊負責人西蒙·加內姆則認為，處置方案應該成為太空飛行器基本規格的一部分，而不是任務結束後才去考慮的事情。
他說："每顆進入軌道的衛星，都應當具備經過驗證的壽命終結方案、足夠的備用推進劑以及足夠的冗餘度來執行該方案。在近地軌道，這可能意味著進行受控脫軌，使太空飛行器在再入時燒毀；在更高軌道，這可能意味著轉移到墳場軌道。清除舊有碎片固然有用，但更好的做法是阻止今天的衛星變成明天的清除目標。"
從太空垃圾到一個新的機器人產業
太空碎片問題存在一種奇特的循環性。
人類正在開發越來越先進的機器，去處理上一代先進機器留下的殘骸。
工程師們如今面臨的任務，已不僅僅是製造更好的衛星，而是要製造出能夠尋找、理解其他太空飛行器，並與之進行物理交互的太空飛行器——而那些目標太空飛行器可能已經報廢、正在翻滾，且完全不配合。
這需要用到目前正在改變地面機器人技術的許多技術：自主感知、傳感器融合、運動規劃、機器人操控，以及能夠在條件無法完全預先確定情況下運行的日益強大的軟體。
ClearSpace-1的四條機械臂、Astroscale的自主近距離操作與機器人捕獲系統，以及ESA的標準化接口，都指向了這樣一種軌道環境：機器人最終能夠維護基礎設施，而不僅僅是不斷向其中添加更多硬體。
眼下的直接動機是降低風險。而更長遠的結果，則可能是在軌道上催生出一個真正的服務型經濟。
然而，就目前而言，Accu所描述的這組數字依然令人警醒：其Space-Track數據集中的物體，已有近半數是碎片、火箭殘骸或未分類物體，而解體事件仍在持續向這個環境中添加新的物質，其中一些物體可能會存留數個世紀。
正如薩基所警告的那樣："即便不再有新的發射活動，碎片數量仍會增加，因為碰撞和解體事件產生新碎片的速度，比現有物體自然再入大氣層銷毀的速度更快。"
這意味著，工程層面的問題已不再僅僅是如何避免產生更多太空垃圾。
越來越多的是，如何製造出能夠飛上太空、並把部分碎片帶回來的機器人。
Q&A
Q1：太空垃圾清除有哪些主要技術方案？
A：主要包括機器人手臂捕獲（如ClearSpace-1的四臂機器人）、自主交會接近操作（如日本ADRAS-J）、標準化對接接口設計（如ESA的D4R方案），以及基於雷射的動量轉移技術，通過輕推改變碎片軌跡來降低碰撞風險。
Q2：目前太空中碎片最多的三個來源是什麼？
A：根據Accu報告分析的Space-Track數據，中國、獨立國家國協（CIS）和美國三方合計占已編目碎片的96%，分別為4228個、3929個和3884個，這些數字反映了數十年航天活動及個別重大事件的累積影響。
Q3：為什麼清除太空碎片這麼困難？
A：因為報廢衛星往往處於翻滾狀態、通信失效、結構未知，且從未設計過捕獲接口，清除飛行器必須自主完成交會、識別和物理捕獲，技術難度極高；同時還存在成本高昂、所有權不明以及軍民兩用的政治敏感性等多重障礙。
