Riede 先生，近地轨道上的问题到底有多严重？
Riede：目前大约相当于一座半埃菲尔铁塔的体量。 大约有 13,000 吨无法机动的太空垃圾持续围绕地球运行。随着轨道中人造卫星基础设施越来越多、越来越密集，我们预计到 2030 年——也就是仅仅五年内，轨道上的太空垃圾与人造卫星的总质量将翻倍， 甚至可能增加到原来的三倍！
太空垃圾到底是些什么？
Riede：从沙粒大小到庞然大物，应有尽有：其中包括大约 50 个大型物体，例如在过去 68 年航天发射史中被抛弃的火箭级，以及欧洲航天局的巨型地球观测人造卫星 Envisat——它在 2012 年突然失联。 此外还有大量损坏的小型人造卫星。再加上我们可从地球追踪到的约 40,000 个直径超过十厘米的小碎片。除此之外，还有数以百万计更小的碎片，我们大多数时候甚至不知道它们在哪里。
火箭级和损坏的人造卫星还说得通， 但这些小碎片从何而来？
Riede：产生的原因既有非受控碰撞，也有人为制造的碰撞：其中很多来自所谓的反人造卫星试验。 在冷战时期，美国和苏联都试图向对方证明，他们能够用导弹击毁对方的人造卫星。直到今天这种事情也仍在发生。2007 年，中国击毁了一颗自己的人造卫星；2021 年，俄罗斯也采取了此类行动。这两次爆炸都在近地轨道上都留下了巨大的碎片云。
不过，近地轨道空间不是很大吗？
Riede：空间确实大，但问题在于这些碎片都在高速运动，它们围绕地球飞行的速度高达每小时 28,000 公里。简单换算一下：这相当于每秒将近八公里！ 而且每颗碎片都有自己的飞行轨道，但它们并不是像土星环那样整齐同步，而是杂乱无章地交错飞行。此外，这些碎片还会旋转，从而导致自身的轨道不断微调。正因于此，国际空间站 ISS 或众多仍在工作的人造卫星，随时都可能与某个垃圾碎片进入碰撞轨迹。一旦发生碰撞，就会释放出极其巨大的能量，而这种能量在我们的地面上几乎无法复现。激光技术人员能够理解这些数值的分量：一个直径仅为一毫米的微小颗粒，如果在轨道中发生碰撞，每平方毫米就会释放约 70 焦耳的能量——这是一个极其惊人的数值！简而言之：被击中的人造卫星要么被击穿，要么就当场彻底解体。数以百万欧元计的资产将瞬间化为乌有，而我们在地球上依赖的基础设施也会因此受损。这便是症结所在。
情景：一块轨道碎片进入即将与某颗人造卫星相撞的轨道，可能对其造成损坏甚至将其摧毁。此时地球的十座地面激光站依次对该垃圾碎片进行激光照射，使其飞行轨迹偏转，从而使人造卫星免遭碰撞。
唉，那该怎么办呢？
Riede：有两种办法。第一，在我们能够预见碰撞的情况下，人造卫星必须进行规避。 国际空间站 ISS 正是这样做的。但 ISS 可以补充燃料，而人造卫星不行。人造卫星可执行的规避机动次数是有限的，而每一次机动都会缩短其整体使用寿命，也就意味着真金白银的成本。 第二，还有一些“清理太空”的任务：利用机械臂抓取中等尺寸的碎片，并将其抛入大气层，使其在那里烧毁殆尽。这种方式成本高昂，而且对绝大多数碎片来说根本不现实。所以你看，这两种方法都只是权宜之计。我们真正需要的是一个根本性的解决方案！
那您已经找到这个解决方案了吗？
Riede：我认为是的。激光动量转移——我们内部亲切地称之为“激光推手”。我们在德国宇航中心（DLR）的团队已制定出了相应的技术方案。其原理其实非常容易理解：激光中的光子会对物体施加压力，即所谓的光压。这个压力很小。但对于在轨道中高速飞行的碎片来说，它能产生决定性的影响。如果我们用高功率激光从正面照射碎片，就能让它减速； 如果从背面照射，就能把它推快。这样做的意义在于：减速，它就会下降； 加速，它就会升高。于是，我们就可以直接从地面把它推离碰撞轨道。
这事没有这么简单吧！
Riede：确实不简单，因为我们需要的不是一座地面激光站，而是十座， 并且要分布在全球各地。
这是为什么呢？
Riede：因为光压本身非常小。我们只能让碎片的速度产生大约每秒十微米的变化。这意味着必须长时间持续照射，才能产生效果。设想一下：当目标物体出现在地平线时，在每秒约八公里的飞越速度下，我们大约只有十分钟的可视时间，之后它就会从另一侧消失。但我们不能在它刚出现在地平线时就开始照射，因为那时角度过低，激光束会穿过大量空域。 而且我们只能使用对民用航空关闭的空域，这通常只限于地面激光站周围的一个特定半径范围。 所以我们要等它飞得更近一些。然后，还必须从正面或背面照射，因为我们要么是让它减速，要么是给它加速。这样一来，可用时间再次减半，最终我们真正能照射的时间只有两到三分钟。这对于实现一次真正有效的轨道偏转来说，还远远不够。这个方法只有在十座地面激光站依次接力、在连续十次飞越过程中对目标进行照射时，才能奏效。可以说是一支“激光接力队”。
明白了。但你们究竟要如何在近地轨道上击中这样一个小目标呢？
Riede：这不是问题。 其实在航天领域，我们早就熟练使用激光技术，在如此远的距离下进行高精度作业。例如用激光来探测这些太空垃圾。 真正棘手的反而是另一点。
那问题究竟卡在哪里呢？
Riede：我们究竟能提前多久，对一次潜在碰撞做出足够准确的预测。精确预测并不容易。就像天气预报一样，预测得越远，难度就越大。所以为了成功照射目标，我们的地面站需要提前数天就掌握可靠信息。这正是我们目前正在攻克的难题。
那“激光推手”这种方法以前成功过吗？
Riede：我们还从未在真实环境中尝试过，但这对航天项目来说很正常。你要知道，除了地面激光站之外，还需要两颗协同工作的人造卫星，在照射过程中实时测量效果并进行反馈。 而这样的卫星目前还不存在。
那这岂不是一切都还停留在理论层面？
Riede：完全不是！ 说实话，我自己都很意外，这个 DLR 项目会推进得这么快。欧洲航天局 ESA 已经介入，并委托我们设计一座地面激光站。在激光光源方面，我们也找到了通快 Scientific Lasers 作为合作伙伴。如果一切顺利推进，包括资金、建设以及地面激光站选址，那么我们就有望在五年内完成原理性的功能验证。当然，现实中未必事事顺利。但即便如此，从现在到这一技术真正落地，所需时间依然是可预期的。
左图：脉冲激光束以极高能量击中目标，产生等离子体羽流，从而将其偏转。优点是只需目标飞越一次，前期准备时间较短；缺点是存在目标被击碎、从单个危险碎片变成多个碎片的风险。
右图：连续激光束利用光子的压力，温和地将目标推离原有轨道。优点是不存在目标解体的风险；缺点是需要目标飞越多达十次，效果才足够明显，因此所需的准备时间更长。
您如何解释外界对您这个项目突然高度关注？
Riede： 正如我所说，人类正大规模建设近地轨道基础设施，例如用于全球移动互联网的 Starlink 卫星网络。太空垃圾问题已经成为发展的障碍，而且随着建设规模的扩张，又会有新的垃圾产生，使问题呈数量级恶化。因此，解决方案势在必行。
那谁来为“激光推手”买单？
Riede：初期由 ESA 成员国通过会费提供启动资金。但从长远来看，我们的目标是将激光动量转移作为一种服务推向市场，面向希望保护其轨道基础设施的私营企业、组织或国家。如果所有参与方都意识到其中牵涉的巨大价值，那么推动这项技术落地的资金，反而会是最容易解决的问题。更何况，德国如今首次设立了一个在名称中直接包含“航天”的联邦部门，这也让我们在国家层面看到了明确的政策支持。
