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近地轨道挤满了垃圾,卫星垃圾网能把它们清理干净吗?

左琳2018-09-23 06:35:01

我们其实一直被垃圾环绕着。

英国萨里大学打算用巨网来捕获太空垃圾。

去年四月,一颗旨在清理太空碎片的卫星由 SpaceX 的猎鹰 9 号火箭运载发射,与国际空间站进行了对接,两个月后,又被装入 Nanoracks Kaber 部署系统发射到轨道上。今年 9 月 16 日,这颗名叫 Remove DEBRIS 的卫星便开始了第一阶段实验。

Remove DEBRIS 带有远程操纵系统,NASA的宇航员觉得它方方正正,很像《星际迷航》里的战舰。其中最特殊的一个功能便是用一张金属网来捕捉漂浮着的太空垃圾。测试视频显示,之前项目组投放的“诱饵”——小型卫星 CubeSat 距离 Remove DEBRIS 20 英尺以上,Remove DEBRIS 就会像蜘蛛侠一样射出它那 5 米宽的拦截网,逮到 CubeSat 后便牢牢攥住。按照计划, 被网包裹住的 CubeSat 将在接下来 1-2 个月内脱离原有轨道,坠入大气层被烧毁。 项目负责人 Ingo Retat 介绍,“我们花了6年时间设计抛物线飞行,并在特殊垂直落塔和热真空室中进行了测试……可以更接近低地球轨道。” 

RemoveDEBRIS 卫星弹出的拦截网正在捕捉太空垃圾,图片来自萨里大学网站

Remove DEBRIS 还打算测试更多方法来帮助清除碎片。它配置了激光测距系统,可对空间碎片成像并帮助卫星导航。还有一种被称为拖曳帆的东西,一方面可以让卫星改变轨道,避免与太空垃圾相撞,一方面又能增大 Remove DEBRIS 的表面积,使抓住垃圾的卫星更快脱离近地轨道,坠入地球。

因为在低地球轨道上,大气中仍然存在着不断轰击物体的小颗粒,依靠这些粒子,卫星就可被撞出轨道到地球上,卫星表面积越大,被这些粒子轰击的概率就更高。在接下来的几个月里,Remove DEBRIS 将测试这一拖曳功能,但在此之前他们会先实验一个鱼叉功能。这一功能是在卫星探测到碎片时能够立刻射出鱼叉,将其插住拖走。

Remove DEBRIS 卫星的鱼叉装置,左侧为模拟出的垃圾碎片,图片来自萨里大学官网视频截图 

还记得《地心引力》里爆炸产生的碎片吗?那些就是太空垃圾的一部分。1957 年之前,地球周围还很空阔。然而随着人类第一颗人造卫星斯普特尼克 1 号成功入驻行星轨道,越来越多的宇航器被发射到那里。卫星行业协会的数据显示,2017 年发射了创纪录的 345 颗卫星,卫星制造业总收入达 1198 亿美元,比上年增长 3%。 

与之增多的还有太空垃圾,它们依旧乱糟糟地漂浮在地球上空无人问津。目前,NASA 跟踪了超过 50 万块的太空垃圾以便计算碎片相互碰撞的可能性, 但还有数百万件碎片因太小而无法跟踪 。这些碎片大多是报废的人造卫星及火箭零件,甚至有美国为反射无线电信号以便海外的美军能更好地与本国联系而人为发射的 4 亿 3000 万根铜制电线,以及上万片各国发射的反卫星武器,很难自动掉落,大多是环绕着地球运动。

这些碎片行进速度高达 17500 英里/小时,不仅有撞击其它航天器的风险,某些太空垃圾在返回大气层时还会威胁到地面安全。凯斯勒现象理论认为,当太空垃圾的密度达到一定程度时,会造成太空垃圾布满近地轨道,令人类在数百年内无法进行太空探索。空间环境研究中心总经理 Steve Gower 曾表示每次发射卫星时,都需要计划一条避开太空垃圾的路径。

新发射的宇航器或许能尽量不留下太多垃圾,但遗留下来的那些就垃圾可怎么办呢?各个国家也不是没有想过办法。俄罗斯科学界曾经提出用大型空间激光器,但无法准确估计速度,操作难度过高;日本一家渔网公司 Nitto Seimo 在 2016 年计划与日本航天机构合作开发一种网状材质;NASA 也曾提出 Brane Craft 项目,这种膜状物类似 Remove DEBRIS,可以从远处发射来包裹太空垃圾,但这些目前都还在理论验证阶段,未经实证。

9 月 16 日这项实验的成功给太空垃圾的清除工作带来了希望。Aglietti 认为“这是一个很好的垫脚石,可以证明人类清除空间碎片的是可行的。”

题图来自 Ricky Arnold 的推特截图

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