九月一號的《日本經濟新聞》報導了一則消息：「富士通將量子技術運用於清除太空垃圾」。
這裏說的量子技術是指富士通開發的量子類比「數位退火」技術。富士通參與了英國航太局(UKSA)的一個專案，與亞馬遜網路服務(AWS)等合作，利用該公司的「數位退火」技術，計算出專用太空船回收太空垃圾，並進入大氣層燒燬清除的最佳航線。該專案證實了應用數位退火技術計劃航路將比人工的航路計劃減量約2成的燃料成本。
自從人類從20世紀50年代發射人造物體進入太空以來，太空中各類廢棄的人造物體越來越多，小到固態火箭的燃燒殘渣，大到在發射後被遺棄的火箭級。這些物體繞地球軌道上運行，但不具備任何用途，形成了太空碎片，即太空垃圾。
歐洲航太局ESA展示的太空碎片示意圖
據歐洲航太局(ESA)推測，漂浮在太空的10釐米以上的碎片有3萬4000個，1釐米到10釐米的有90萬個。由於太空垃圾以軌道速度運行，動能巨大，10釐米以上的大碎片，撞擊到太空船會直接造成太空船解體。1～10釐米的碎片，很難被監測到，撞擊到太空船會造成部分功能有效能損失或通訊障礙。
如何確立高效去除太空碎片，成爲確保宇航安全、太空利用的一個重要研究領域。
然而，漂浮在太空的數十萬個碎片，每個碎片都有獨自向量的話，計算其軌跡就會需要天文數位般的計算量。以目前的技術水準和經濟實力，尚且無法對所有太空碎片進行追蹤清理。比較現實的方式是在對太空碎片監測的情況下，有選擇地對1000公里左右高度的太空碎片主動清理。
富士通與亞馬遜網路服務公司(AWS)、英國Astroscale公司和格拉斯哥大學合作開發的這款演算法將改進任務規畫，使單個太空船可以選擇在一次任務中清除哪些太空碎片，而且速度比目前可能的速度快得多。
富士通的量子類比數位退火技術，透過確定收集哪些碎片以及何時收集，可以最適化任務計劃，以確定將無法運行的太空船或人造衛星安全帶回處置軌道所需的最低燃料和最低時間。尋找最佳路徑收集太空碎片，有望在任務規畫階段節省時間和成本，這將提高太空碎片清除的商業可行性。
據英國航太局統計，目前，有2350顆非工作人造衛星在軌道上運行，太空監測網路正在跟蹤2.8萬多塊碎片，富士通的技術有潛力擴大英國在太空領域的市場份額。
這項研究是英國航太局「推進太空監測和跟蹤研究」專案的一部分。該專案歷時6個月，使用了格拉斯哥大學開發的基於人工神經元網路(ANN)的快速軌跡設計演算法，與富士通的「數位退火和量子啓發最適化服務」一起解決與主動碎片清除任務(ADR)規畫設計相關的一些主要最適化問題。
AWS提供了雲端計算、人工智慧、機器學習工具和服務來支援該專案。亞馬遜Sagemaker工具集被用來開發預測軌道傳輸成本的類神經網路(ANN)。英國Astroscale公司是世界上第一家開始從低地球軌道移除碎片的示範任務的商業公司，作爲多目標任務最適化的代表客戶，提供了最終使用案例。
在與英國航太局合作之前，富士通已經參與了日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的太空碎片監測專案。早在2017年9月，JAXA就發佈了太空碎片清除系統共同研究委託公告，旨在徵集太空碎片清除方案，清除位於700～1000公里軌道高度的大型碎片，計劃在十年内以低成本完成系統研發並商業化。富士通在資料處理與軌道解析方面長年承擔着系統開發和運行，積累了對太空碎片觀測計劃的立項、決定太空碎片軌道、預測與解析太空碎片對人造衛星接近等方面的經驗。
開展太空垃圾清理研究的日本企業還有NEC與三菱電機。前者透過對JAXA2014年發射的小行星探測器的運行，積累太空碎片接近技術，後者透過發射與運行太空站補注機（HTV），試圖確立有關太空碎片移除、接近、並行飛行、結合、以及抓捕的技術。
供稿 / 戴維
編輯修改 / JST客觀日本編輯部
