“太空爪”现世欧洲计划首次清理轨道垃圾
2020-01-25
欧洲空间局(ESA,European Space Agency)确定了一项2025年的发射任务:清理太空,这将是史上第一次捕获并处理轨道上的太空垃圾的任务。
与瑞士初创公司“清洁太空”签署了总额为8600万欧元的合同,委派该公司制造一款特殊卫星“清洁太空-1”(ClearSpace-1),构造近似于一颗小型卫星,该设备会用爪子抓牢太空垃圾,并将其护送至较低轨道,二者一同进入大气层并燃烧。
ESA“清洁太空”办公室负责人Luisa Innocenti说,目前的挑战是设计一种成像系统,能在太空爪抓住物体之前,自动快速描绘出物体的特征。“你不知道它是如何移动的,唯一知道的方法就是走上去看看,”她说。
ClearSpace-1用“太空爪”抓住一个废弃的负载适配器
她和她的同事们也曾就捕捉技术争论过:用爪子抓住需要近距离接触,而用网诱捕则可以在安全距离内完成——但必须第一时间完成。Richard-Noca说,ClearSpace选择爪型是因为可以进行多次尝试。可以排练整个过程,在第一次完成任务时,有更多的灵活性。
ClearSpace的任务
ClearSpace将从一些简单的小事件入手。2013年,欧洲航天局的一枚Vega火箭发射了两颗卫星的有效载荷适配器,该适配器重112公斤,此后一直保持在距离地面664公里到800公里的空间轨道上运行。现在它已经成为了ClearSpace的瞄准器。ClearSpace的首席工程师Muriel Richard-Noca说。
由英国萨里大学设计的一项名为“清除碎片”的任务由欧盟资助。该任务于2018年飞行,在部署的小目标上测试了鱼叉和网。它的阻力帆测试是为了加速它进入大气层的速度,但测试失败,所以它在返回大气层的过程中进展缓慢。
此外,日本Astroscale公司计划2021年3月启动名为ELSA-d的任务:用一艘服务飞船释放一架带有铁磁对接板的靶向飞行器,并用磁铁将目标捕获。如果未来的卫星设计者采纳这个想法,这是一个选择,但对遗留的垃圾不适用。
ClearSpace有更宏伟的计划。ClearSpace首席执行官Luc Piguet说:“我们将稳步向更大、更雄心勃勃的目标迈进,以及可以处理多个目标和降低任务成本。”
清理太空的必要性
Darren McKnight是Centauri科技公司的空间碎片专家,他称赞欧洲航天局是少数采取行动的机构之一。但他对清除轨道碎片的缓慢进展感到担忧,他认为这将越来越威胁到工作中的卫星和宇航员。“如果不尽快开始,我们将会遇到大麻烦。我们需要小步快走。”他说。
地球周围的空间正变得越来越拥挤,因为一般卫星在使用寿命结束时,都被留在轨道上。并且在较高的轨道上,它们可以在那里停留数百年。另外,如果废弃的火箭没有在使用后被推入大气层,也是太空垃圾的另一个重要来源。
国际宇航大会上,McKnight提交了一份对近地轨道上50个最令人担忧的碎片的分析报告。他要求全球11个研究小组根据质量、预期轨道寿命和与现行工作卫星的接近程度等标准,拟定他们的前50名名单。
之后,他编制了一份综合名单。清单上的前20个项目是苏联和俄罗斯在1985年~2007年之间发射并留在拥挤运行轨道上的火箭。每一个都比大象重,并在轨道上扎堆出现。
McKnight表示,與向空中批量发射的SpaceX等公司相对较小且有脱离轨道能力的互联网通信卫星相比,这些巨型碎片更具威胁。“成群死去的生物比成群结队的生物更危险,”他说。
据统计,人类开启太空时代之后的60年中,已经完成了5500余次发射,在轨道上留下了2.3万个比葡萄柚还大的大量碎片,还有成千上万的碎片无法被追踪。
这些碎片沿地球轨道运动,即便发生轻微的碰撞也可能引发灾难性后果。与体积稍大的碎片若发生碰撞,还可能发生连锁反应。
在2009年,当时一颗运行中的铱通信卫星与一颗报废的俄罗斯军用卫星相撞,产生了成千上万个可被追踪及体积更小的新碎片。两年后,国际空间站不得不移动,以避免碰撞留下的碎片。2012年,和空间站擦肩而过的碎片最近只有120米。
ESA总干事Jan Wrner指出,NASA和ESA都同意必须清除大空间碎片以稳定轨道环境。(摘自美《深科技》) (编辑/诺伊克)