怎样捕获飞得比子弹还快的太空垃圾?先给它踩一脚“刹车”

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太空垃圾包围地球

其实,“太空垃圾”这个词,我们应该都不陌生,但如果细问是否了解它,可能很多人都会摇头了。太空垃圾,学术用语为“空间碎片”,指的是在地球轨道上运行或再入大气层的无功能的人造物体及其残块和组件。世界航天事业大发展,太空垃圾数量随之快速增长。它们大小不一,以自由翻滚的状态飞行,速度比子弹还要快。一些储存着燃料的碎片,还时不时地撞一撞、炸一炸。

空间碎片环境变化

在这种环境中,那些正常运行、为民服务的航天器,时时刻刻都面临着严重的威胁。因为一个瓶盖大小的碎片产生的动能,就与时速百公里的汽车不相上下。这样不管怼谁一下,都是致命的。

火箭院电气专业高级工程师王小锭介绍,这些年,太空“交通事故”时有发生。2013年,俄罗斯一颗卫星被一块只有0.08克重的太空垃圾从侧面撞击,直接造成轨道半径缩小了120米。2016年4月,日本最重要的X射线天文卫星“瞳”与地面失去联系,其运行位置附近出现了5处碎片。有专家分析,“瞳”可能受到了空间碎片的撞击。

除此以外,空间碎片还会对地面造成威胁。最著名的当属“宇宙954”事件。1978年1月24日,苏联一颗核卫星发生故障,在加拿大上空解体,卫星上的30千克浓缩铀和反应堆陨落,放射性碎片遗撒在800千米长的地带上,引发民众的强烈恐慌。1997年,美国一名女子被一块从天而降的火箭残骸碎片撞中肩部,这是迄今为止唯一发生过的太空垃圾伤人事件。2015年11月13号,空间碎片“WT1190F”在斯里兰卡海域陨落。

加拿大工作人员清理掉下来的太空垃圾

鉴于太空垃圾产生的危害,捕获、清理太空垃圾,势在必行。但捕获高速旋转的太空垃圾,其实是一个很大的难题。如果用直接接触的方法,很容易造成减速装置的损伤或失控,就像你去拥抱一个百米冲刺的人,会撞个人仰马翻。那能不能用非接触的方式呢?答案是“能”。

王小锭说,在生活中,很多汽车会用到一种辅助刹车系统——电磁涡流缓速器,俗称“电刹”。该装置安装在汽车驱动桥与变速箱之间,通过电磁感应原理,实现无接触制动。运用此原理,在服务航天器上安装通电线圈,再配备一个低温制冷装置,对准高速翻滚的太空垃圾,即便不直接接触,也能让它慢慢停止转动,就像是踩了一脚刹车,然后再使用空间机械臂对其进行捕获。

航天器涡流消旋的作用机理图

目前,火箭院已经通过电磁涡流消旋技术机理分析验证,接下来将逐步开展地面验证、飞行验证等。未来给太空垃圾减速、进而将其抓捕,将不再是一个难题。


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