太空垃圾危害在轨航天器这颗卫星打算回收自己

2019-10-08 14:10:25 来源：科技日报

近日，随长征四号乙运载火箭入轨不到一周的金牛座纳星，顺利展开离轨帆开始被动离轨试验，搭载的相机成功对离轨帆展开过程拍摄成像下传。

入轨不到一周，就要告别太空?说起来你可能不信，这颗卫星的事情要从垃圾回收讲起。

太空垃圾太多，危害在轨航天器

上海市，实行垃圾分类已经将近3个月了。诞生于中国航天科技集团八院805所下属上海埃依斯航天科技有限公司的金牛座纳星，常能听见外面的阿姨们发出灵魂拷问：“你是什么垃圾?”

地面上垃圾处理都不容易，太空垃圾清理起来就更麻烦了。金牛座纳星觉悟很高：“维护太空环境，要从自己做起。”

从苏联发射人类第一颗人造卫星至今，全世界一共执行了4000多次航天发射任务，发射了8000多个航天器，目前在轨运行的大约1500多个。那些已经失效的航天器，以及火箭末子级、火工品操作性碎片、航天器碎片等，大部分在1000公里以下高度的近地轨道上游荡，一旦发生“剐蹭”，又将制造更多太空垃圾。如今地球附近被记录在案的废弃航天器以及空间碎片，已经超过5万个。

可别小看太空垃圾的危害。它们飞行速度极快，撞上航天器会造成巨大破坏。一块10克重的空间碎片撞击卫星，足以将其打穿甚至直接击毁，从而产生更多碎片。电影《地心引力》中，就描述了这种连锁反应带来的灾难。

现实中，太空垃圾已经给在轨航天器造成了威胁。最典型的案例是2009年，美国“铱星33”在西伯利亚上空近800公里高度，撞到了已经报废的苏联“宇宙-2251”卫星。这次撞击不仅直接导致铱星33“身亡”，而且产生了大量碎片，散落在从几百公里到一千多公里高度的太空中，给后续太空计划带来了很大影响。

打开离轨帆回收自我，不给别人添麻烦

要避免太空垃圾在恶性循环中快速“繁衍”，首先要控制其产生的源头。如何不让失效卫星成为太空垃圾，尤其是使数量最多的低轨卫星完成使命后重返大气层销毁，不污染近地轨道资源，成为航天界研究的重点。

典型的航天器离轨方式分为主动和被动两种。主动离轨是指航天器在寿命末期，利用自身携带的动力装置进行轨道机动，降低飞行速度并离开运行轨道，逐渐坠入大气层。2019年7月19日，天宫二号空间实验室受控离轨并再入大气层烧蚀分解，少量残骸落入南太平洋预定安全海域，就是主动离轨的成功案例。

被动离轨是让航天器借助薄膜帆装置、电动力系绳、充气球等外部作用力降低飞行轨道。805所设计师表示，在各类技术中，薄膜离轨帆技术难度低、产品成本低、成熟度高，适用于不同轨道和规格的各类航天器，最有希望产业化应用。

金牛座纳星搭载了基于薄膜机构技术的离轨帆载荷，旨在验证薄膜离轨帆高效收拢和在轨展开技术，并实测离轨效果。该离轨帆装置展开面积为2.25平方米，收拢时仅有高尔夫球大小，布置在星箭分离机构的内部空隙部位。设计师介绍，该装置采用先进的微米级薄膜折叠收拢技术，展收比达到国际一流水平，可加装至各类成熟的小卫星平台而不占用卫星自身包络。卫星寿命结束后，只需启动帆面解锁指令使其展开，薄膜帆会增大卫星迎风面积，利用轨道上稀薄大气形成的气动阻力，让卫星慢慢减速，逐渐脱离轨道。

以轨道高度750公里，重15公斤的小卫星为例，如果不采取离轨措施，它寿命结束后还能在轨运行近百年。而采用2.25平方米的薄膜离轨帆装置，卫星离轨时间将缩短至原来的十分之一以内。对于不同轨道高度、不同质量的卫星，设计团队正在开发标准型系列化离轨帆产品，以满足各种离轨需求。

据金牛座纳星下传图片显示，薄膜离轨帆装置在轨展开正常，遥测数据显示卫星状态良好，姿态稳定。地面人员将持续跟踪卫星轨道，实测薄膜帆离轨效果。大家不必为它匆匆告别而遗憾，这颗星风风火火登场，就是为了潇潇洒洒谢幕。这，正是它的使命。(付毅飞)

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