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太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

来源:光明网2018-10-12 16:36

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    前两期刘静研究员为大家介绍了空间碎片的来源、危害,以及应对空间碎片威胁的观测和避碰方法。本期刘静研究员将带大家了解减缓空间碎片增长的方法。

    一、空间碎片的减缓

    空间碎片数量持续增长,会对空间环境造成影响,因此必须对人类的航天活动进行规范,从而减缓碎片的产生。

    空间碎片减缓措施可以分为两大类:一类是近期内减少生成具有潜在危害性的空间碎片;一类是从长远上限制此类碎片的生成。

    前一类措施包括减少产生与飞行任务有关的空间碎片,并避免解体和碰撞。后一类措施是指从卫星运行区域中清除失效卫星和火箭残骸。

    针对第一类,联合国于2007年发布了《联合国外空委空间碎片减缓指南》。

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

    指南规定了七条措施以减缓碎片增长:

    1)限制在正常运作期间分离碎片;

    2)最大限度减少操作阶段可能发生的解体;

    3)限制轨道中意外碰撞的可能性;

    4)避免故意自毁和其他有害活动;

    5)最大限度降低剩存能源导致的任务后解体的可能性;

    6)限制卫星和火箭在任务结束后长期滞留低地轨道区域;

    7)限制航天器和运载火箭轨道级在任务结束后对地球同步区域的长期干扰;

    新的研究结果表明,即使采取这些减缓措施,空间碎片的数量也仍在增加。为了减缓空间碎片的增长趋势,需要采取第二类措施,即从轨道中清除空间碎片。

    二、空间碎片的清除

    空间碎片的清除是指利用多种技术手段主动将目标碎片从轨道带回地球,或者促使它进入大气层烧毁,从而使目标轨道上的空间碎片的数量减少的一种积极措施。

    空间碎片的清除需要三个步骤:

    1) 利用精密跟踪设备及成像雷达系统来跟踪目标碎片,掌握其运动的精确轨道、姿态以及变化趋势;

    2) 利用激光或雷达系统实时测距或测速,逐渐接近目标碎片;

    3) 抓住目标碎片,将其带到较低的轨道或带回地面;

    由于当前各项技术水平限制,实施空间碎片清除难度很大,目前仅有一些构想和实验。

    01机械臂

    发射一枚卫星,机动接近目标碎片,用机械臂抓取碎片带回大气层。两颗卫星以极高的飞行速度与大气层摩擦,从而燃烧净尽,不留任何痕迹。

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

    02飞网

    灵感来自基本的渔网概念。发射一颗连有一张薄金属网的卫星,网张开可达几千米远,该网利用卫星的机械臂在绕地球飞行的同时将捕捉空间碎片。

    然后,系绳将与机械臂的前端脱离。在碎片收集过程中,该网将充电,并最终利用磁场将碎片拉回地球。在进入大气层时,该网与收集的垃圾一同焚毁。

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

    03附加火箭到大块的碎片

    为大块的空间碎片附加小型固态火箭发动机,并利用这些火箭稳定目标,然后机动到碰撞风险较小的较低轨道。

    此外,这些较低的轨道空气阻力较大,所以卫星轨道的衰减速度要比原来快得多。

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

    04阻力帆

    发射一颗带有立方帆的卫星,展开后大约5米×5米,然后分两步进行垃圾清理:

    1)位于低轨道的太空垃圾,将直接用展开的帆将其黏住;

    2)大气阻力会拖拽着近地轨道上的卫星,使其轨道迅速衰减至大气层烧毁。

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

    05使用激光将碎片推入近地轨道

    利用地基激光器发出一束激光,照射在目标碎片背离地球的一端,使该部分气化,然后利用气体的反作用力推动太空垃圾朝地球的方向运动,最终使其进入大气层烧毁。

太空“清道夫”,让垃圾无处可藏

    三、结束语

    太空垃圾对在轨卫星和未来的太空发射构成威胁,为了解决这个问题,科学家一直在探索一系列空间碎片清除方法。日前,国外已成功完成一项测试,让轨道中的“碎片清除”卫星发射捕网,猎捕一个充当目标的立方体卫星。这对空间碎片清除有着重要意义。

    虽然各种清除方案距离成熟实施有一定差距,空间碎片的减缓措施仍是阻止空间碎片增长趋势的重要手段。应对空间碎片的威胁、减少空间碎片数量、为子孙后代留下一个洁净太空仍然任重道远。

    通过三期的讲解,大家是不是对空间碎片有一定的了解啦?空间碎片虽然数量多,会对航天任务产生较大威胁,但是科学家们都在不断努力哦!在减缓空间碎片增长和避免空间碎片碰撞的研究道路上不断前进!

    作者:刘静,系国家天文台研究员,国家航天局空间碎片监测与应用中心副主任,国家空间碎片科研专项专家组副组长(兼预警和数据应用组组长)。机构间空间碎片协调委员会环境和数据库组中国代表,2011至2012年任该组主席;2011年至2018年任联合国外空长期可持续性工作组专家,代表中国参加外空碎片规则谈判。

    文字改编:阿呆

    漫画绘制:元博

[ 责编:蔡琳 ]
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