不久前，神舟十四號(hào)載人飛船順利升空后，3名航天員將在軌進(jìn)行天和核心艙與“夢(mèng)天”“問天”兩大實(shí)驗(yàn)艙的對(duì)接工作，完成中國(guó)天宮空間站的全面建設(shè)任務(wù)。這不僅意味著中國(guó)人在太空中有了一個(gè)穩(wěn)定的“家”，也意味著我們對(duì)太空資源，尤其是近地軌道資源的開發(fā)進(jìn)入了新階段。那么太空資源都有哪些呢？

【資料圖】

近地軌道是人類開發(fā)強(qiáng)度最大和收獲最多的空間資源

資源寶貴利用大

人類文明發(fā)展史就是對(duì)資源的探索開發(fā)史。石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代、蒸汽時(shí)代直到信息時(shí)代，人類對(duì)地球資源的利用能力在快速擴(kuò)展。而過去人類發(fā)展所依賴的所有資源都是有限的，都局限于地球這個(gè)小小的巖質(zhì)行星上。

對(duì)于目前的太空時(shí)代來說，人類面對(duì)的資源是無限的。例如，宇宙中有至少有萬億個(gè)像太陽級(jí)別的恒星，而即便微不足道的太陽，它十億分之一的輻射能量就造就了地球上所有的已知生命。

太陽孕育了地球生命

不過，以現(xiàn)有的人類航天技術(shù)去開發(fā)遙遠(yuǎn)的恒星際空間還是遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。人類只能從眼前的第一步開始，尤其是距離地球200-2000公里的近地軌道空間。這里是地球與廣袤太空的交界，既擁有太空的特點(diǎn)，又相對(duì)容易開發(fā)，因而成為了載人航天和絕大部分航天器的首選軌道。

一旦進(jìn)入近地軌道，僅需極少推進(jìn)劑即可維持穩(wěn)定的繞地軌道，航天器也處于穩(wěn)定的失重狀態(tài)。這是在地球上幾乎無法長(zhǎng)期維持的完美實(shí)驗(yàn)環(huán)境。例如，水滴在太空中容易自然形成完美的球體，生物生長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)不受重力干擾，飛船表面即使處于特殊的太空輻射環(huán)境，都能成為高科技實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)。

在太空中，航天器所受到的地球大氣、磁場(chǎng)和電離層影響大幅低于地球表面。例如，當(dāng)太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入宇宙空間后，可以觀察到幾乎所有波段的電磁波。在地球上，受地磁場(chǎng)/電離層屏蔽、氣象條件干擾、人類光/電磁污染等影響，大部分電磁波段都是無法抵達(dá)的。

部署在太空的望遠(yuǎn)鏡幾乎重塑了人類天文學(xué)

在航天時(shí)代，大放異彩的“哈勃”“施皮茨”“赫歇爾”等太空望遠(yuǎn)鏡幾乎重塑了人類天文學(xué)。

另外，近地軌道距離地球更近、軌道速度更快、軌道周期更短。在近地軌道部署遙感衛(wèi)星不僅能獲得更清晰的觀測(cè)信息，還能更快遍訪全球，組網(wǎng)后還能成為完美的“天網(wǎng)”，意義極大。

因此，如果說地球是人類的搖籃，那么近地軌道就是人類的第一個(gè)“學(xué)步車”。

種類豐富多樣化

近地軌道是載人航天的最佳選擇，如果軌道太低，稀薄空氣會(huì)緩慢降低飛船、空間站運(yùn)行的軌道，導(dǎo)致維持空間站穩(wěn)定軌道的成本過高，需要自身攜帶的推進(jìn)系統(tǒng)頻繁工作或利用高頻率的貨運(yùn)飛船等推高軌道。如果運(yùn)行軌道太高，地球電離層和磁場(chǎng)庇護(hù)更少，容易受到異常宇宙輻射的威脅，且補(bǔ)給難度大幅提升。

近地軌道賦予了衛(wèi)星廣闊的空間

載人航天器通常選擇運(yùn)行在40-50度傾角的軌道上，也是好處較多。這里既可以保證覆蓋地球中低緯度人口密集區(qū)域，也容易實(shí)現(xiàn)測(cè)控支持；可以更好利用地球自轉(zhuǎn)的慣性，提高發(fā)射效率。例如，在中國(guó)進(jìn)入空間站時(shí)代后，除了傳統(tǒng)的酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，由于配套設(shè)施優(yōu)勢(shì)繼續(xù)用于載人發(fā)射外，后續(xù)的空間站建設(shè)和貨運(yùn)飛船任務(wù)都選擇了緯度更低的文昌航天發(fā)射場(chǎng)。

太陽同步軌道是另一種寶貴的空間資源。地球并非完美的球體，這個(gè)橢球的扁率導(dǎo)致衛(wèi)星軌道傾角會(huì)緩慢變化。如果通過設(shè)計(jì)軌道讓傾角本身受地球引力的影響與地球圍繞太陽自然進(jìn)動(dòng)保持一致，那航天器路過地球上某一地點(diǎn)時(shí)的當(dāng)?shù)貢r(shí)間就基本固定下來。例如，航天器每次穿過赤道某一點(diǎn)時(shí)，都是當(dāng)?shù)貢r(shí)間的下午兩點(diǎn)鐘。因而，這種軌道得名太陽同步軌道，高度為600-800公里，軌道傾角約98度。

太陽同步軌道航天器飛過某地時(shí)總是有穩(wěn)定的照明環(huán)境，這對(duì)光學(xué)遙感、氣象探測(cè)和資源勘探等衛(wèi)星的意義極大，能夠穩(wěn)定反復(fù)遍訪以獲取最有價(jià)值的信息。如果更精細(xì)設(shè)計(jì)軌道，讓航天器永遠(yuǎn)沿著地球晨昏線運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)干涉等非常耗費(fèi)能量的對(duì)地觀測(cè)，也可用于長(zhǎng)期穩(wěn)定的太陽觀測(cè)。

以上兩大主導(dǎo)軌道，占據(jù)了近地軌道資源開發(fā)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

此外，還有一些軌道是在此基礎(chǔ)上的特殊應(yīng)用，如極地軌道會(huì)穩(wěn)定經(jīng)過兩極上空，在地球自轉(zhuǎn)的效應(yīng)下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地球的無死角覆蓋。赤道上空等低傾角的軌道能覆蓋地球上人口最為稠密的區(qū)域，商業(yè)價(jià)值更高。

開發(fā)顯現(xiàn)加速度

近地軌道，一直是人類開發(fā)強(qiáng)度最大和收獲最多的空間資源。無論是禮炮系列、和平號(hào)、天空實(shí)驗(yàn)室、航天飛機(jī)、國(guó)際空間站和天宮空間站等人類重大載人航天工程，還是各類氣象、遙感、地學(xué)和天文學(xué)等衛(wèi)星，都將近地軌道作為首選目的地。但是，隨著低軌互聯(lián)網(wǎng)通信等衛(wèi)星的大量發(fā)射，近地空間開始變得越來越擁擠。

以美國(guó)SpaceX公司在建設(shè)的星鏈衛(wèi)星星座為例，憑借可復(fù)用獵鷹9火箭的技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì)，星鏈衛(wèi)星正在快速占據(jù)近地空間軌道資源。如果再綜合考慮一網(wǎng)、亞馬遜、空客、三星等企業(yè)推出的龐大低軌衛(wèi)星星座，這意味著僅在低軌道范圍，全球就將在未來10-20年內(nèi)發(fā)射數(shù)萬顆衛(wèi)星，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此前60年內(nèi)的衛(wèi)星積累，而這僅是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)一個(gè)領(lǐng)域。

表面來看，近地軌道資源幾乎是無窮的，對(duì)于現(xiàn)有的人類航天器數(shù)量級(jí)而言，依然“空曠無比”，但太空也是充滿風(fēng)險(xiǎn)的，近地軌道上的每個(gè)航天器都在以超過7公里/秒的速度運(yùn)動(dòng)，這幾乎是高速公路120公里/小時(shí)限速的200多倍。

在這種情況下，任一物體的動(dòng)能極大，破壞力驚人。因此，運(yùn)行中的航天器可能存在諸多偶發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。一旦發(fā)生航天器之間或與空間碎片碰撞，太空碎片數(shù)量更會(huì)驟然增加，如果不加以控制而放任太空垃圾隨意增長(zhǎng)，在可以想象的將來，地球?qū)⒈惶绽采w，因此，人類必須想辦法保持近地軌道環(huán)境的清潔。

大量太空碎片和現(xiàn)役航天器擠在一起，很容易發(fā)生碰撞

最好的解決方案是治本。一方面，從一開始就杜絕衛(wèi)星成為太空垃圾的可能。在衛(wèi)星和火箭設(shè)計(jì)時(shí)留有一定余量，讓它們攜帶足夠的推進(jìn)劑，在衛(wèi)星接近壽命時(shí)，采用最后的動(dòng)力脫離軌道重返大氣層焚毀。另一方面，世界各國(guó)要統(tǒng)一制定太空交通規(guī)則，防止?jié)撛诘呐鲎诧L(fēng)險(xiǎn)，共同和平開發(fā)太空資源。

標(biāo)簽： 近地軌道 太陽同步軌道 太空垃圾