九月一号的《日本经济新闻》报道了一则消息：“富士通将量子技术运用于清除太空垃圾”。
这里说的量子技术是指富士通开发的量子模拟“数字退火”技术。富士通参与了英国航天局(UKSA)的一个项目，与亚马逊网络服务(AWS)等合作，利用该公司的“数字退火”技术，计算出专用航天器回收太空垃圾，并进入大气层烧毁清除的最佳航线。该项目证实了应用数字退火技术计划航路将比人工的航路计划减少约2成的燃料成本。
自从人类从20世纪50年代发射人造物体进入太空以来，太空中各类废弃的人造物体越来越多，小到固态火箭的燃烧残渣，大到在发射后被遗弃的火箭级。这些物体绕地球轨道上运行，但不具备任何用途，形成了太空碎片，即太空垃圾。
欧洲航天局ESA展示的太空碎片示意图
据欧洲航天局(ESA)推测，漂浮在太空的10厘米以上的碎片有3万4000个，1厘米到10厘米的有90万个。由于太空垃圾以轨道速度运行，动能巨大，10厘米以上的大碎片，撞击到航天器会直接造成航天器解体。1～10厘米的碎片，很难被监测到，撞击到航天器会造成部分功能损失或通信障碍。
如何确立高效去除太空碎片，成为确保宇航安全、太空利用的一个重要研究领域。
然而，漂浮在太空的数十万个碎片，每个碎片都有独自向量的话，计算其轨迹就会需要天文数字般的计算量。以目前的技术水准和经济实力，尚且无法对所有太空碎片进行追踪清理。比较现实的方式是在对太空碎片监测的情况下，有选择地对1000公里左右高度的太空碎片主动清理。
富士通与亚马逊网络服务公司(AWS)、英国Astroscale公司和格拉斯哥大学合作开发的这款算法将改进任务规划，使单个航天器可以选择在一次任务中清除哪些太空碎片，而且速度比目前可能的速度快得多。
富士通的量子模拟数字退火技术，通过确定收集哪些碎片以及何时收集，可以优化任务计划，以确定将无法运行的航天器或卫星安全带回处置轨道所需的最低燃料和最低时间。寻找最佳路径收集空间碎片，有望在任务规划阶段节省时间和成本，这将提高太空碎片清除的商业可行性。
据英国航天局统计，目前，有2350颗非工作卫星在轨道上运行，太空监视网络正在跟踪2.8万多块碎片，富士通的技术有潜力扩大英国在太空领域的市场份额。
这项研究是英国航天局“推进太空监视和跟踪研究”项目的一部分。该项目历时6个月，使用了格拉斯哥大学开发的基于人工神经元网络(ANN)的快速轨迹设计算法，与富士通的“数字退火和量子启发优化服务”一起解决与主动碎片清除任务(ADR)规划设计相关的一些主要优化问题。
AWS提供了云计算、人工智能、机器学习工具和服务来支持该项目。亚马逊Sagemaker工具集被用来开发预测轨道传输成本的人工神经网络(ANN)。英国Astroscale公司是世界上第一家开始从低地球轨道移除碎片的示范任务的商业公司，作为多目标任务优化的代表用户，提供了最终使用案例。
在与英国航天局合作之前，富士通已经参与了日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的太空碎片监测项目。早在2017年9月，JAXA就发布了太空碎片清除系统共同研究委托公告，旨在征集太空碎片清除方案，清除位于700～1000公里轨道高度的大型碎片，计划在十年内以低成本完成系统研发并商业化。富士通在数据处理与轨道解析方面长年承担着系统开发和运行，积累了对太空碎片观测计划的立项、决定太空碎片轨道、预测与解析太空碎片对卫星接近等方面的经验。
开展太空垃圾清理研究的日本企业还有NEC与三菱电机。前者通过对JAXA2014年发射的小行星探测器的运行，积累太空碎片接近技术，后者通过发射与运行太空站补给机（HTV），试图确立有关太空碎片移除、接近、并行飞行、结合、以及抓捕的技术。
供稿 / 戴维
编辑修改 / JST客观日本编辑部
