1. 空間碎片情況

　　截止2014年11月份，整個空間碎片超過了75M 片，總重量為6500 噸，77%集中在地球近地軌道(900~1400km)，根據(jù)2005 年的發(fā)表結(jié)果，其分布情況如表1 所示。從目前情況看，碰撞可能是太空碎片產(chǎn)生的主要原因，級聯(lián)碰撞會造成太空碎片數(shù)目呈現(xiàn)指數(shù)增長。根據(jù)碎片的尺度和運(yùn)動特點(diǎn)，目前可以想到及已實(shí)施的保護(hù)措施及方法在表1中給出。具體包括：1) 對于10cm 以上的大碎片，通過免碰撞操控措施或者在軌保護(hù)器移除飛行器周圍碎片措施已經(jīng)成功實(shí)施。2) 對于小于1cm的碎片，強(qiáng)健的設(shè)計及防護(hù)可以有效防護(hù)，且成本相對較低。3) 對于1~10cm 范圍內(nèi)的碎片，目前無有效的方法可以進(jìn)行防護(hù)。空間飛行器對于經(jīng)濟(jì)建設(shè)及國防安全至關(guān)重要，對于飛行器安全運(yùn)行保護(hù)是發(fā)展空間技術(shù)的基礎(chǔ)，對于政府、商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射及運(yùn)營公司都非常重要。

　　2. CLEAN SPACE 項目

　　CLEAN SPACE 項目自2011 年啟動，主要基于地基激光方案移除特定飛行器周圍1~10cm 中等尺寸太空碎片，避免飛行器收到太空碎片的碰撞。該項目為FP7 空間項目的一部分，和空間環(huán)境認(rèn)知(Space situational awareness，SSA)，碰撞避免(Collisionavoidance)一起構(gòu)成了空間碎片管理項目。該項目分為五個步驟，如圖1，1) 認(rèn)真評估空間碎片情況；2) 提出全面系統(tǒng)框架，包含碎片的調(diào)查、跟蹤、識別、基于激光技術(shù)碎片移除系統(tǒng)(該系統(tǒng)為ESA，SSA 項目的補(bǔ)充)；3) 應(yīng)對安全管理規(guī)范、政治意義及未來合作伙伴；4) 發(fā)展可用的碎片移除技術(shù)(主要是激光)；5) 建立發(fā)展和實(shí)施激光移除碎片系統(tǒng)(Lasser debris removal， LDR)的路線圖；該項目聚集了歐洲頂級研究機(jī)構(gòu)：Airbus Defence and Space(飛行器單位)，Poznan Observatory(空間碎片環(huán)境研究)，ASTRIPOLSKA(空間應(yīng)用技術(shù))，Compagnie Industrielle des Lasers、(CILAS)，Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt(DLR)， Laboratoire de physico-chimie desmatériaux luminescents (LPCML)， Institute of Low Temperature and Structure Research(ILT)， University of Limoges， Rovira Virgily University (激光技術(shù))。CLEAN SPACE 項目的特點(diǎn)：1) 實(shí)施快，有害碎片在碰撞警報前幾個小時及幾天時間內(nèi)可以移除；2) 靈活性高，可以處理LEO 軌道幾個碎片，甚至是不同軌道或高度；3) 成本低，地基激光系統(tǒng)可以重復(fù)使用，不需要空間發(fā)射。該項目在發(fā)展低成本激光技術(shù)時，可以使用SSA 項目中大部分技術(shù)；4) 對空間環(huán)境無影響，不會產(chǎn)生與發(fā)射或軌道內(nèi)碰撞相關(guān)的新的碎片。

　　2.1 LDR 物理概念

　　LDR使用來自地球表面的脈沖激光改變近地軌道上太空碎片的運(yùn)行軌道，如圖2 所示，激光輻照太空碎片后，將其表面材料燒蝕、汽化或者離化，被燒蝕材料在碎片表面高速噴發(fā)，生成足夠的力驅(qū)動碎片更換軌道或者進(jìn)入大氣層燒蝕，從而達(dá)到移除航天器周圍碎片，保護(hù)航天器運(yùn)行安全的目標(biāo)。