前段時間,無故靠近我國空間站的2顆“星鏈”衛星,讓大家意識到除了太空垃圾之後,一些非合作目標也是對航天安全重大的威脅。因此,如何對它們進行清理和抓捕,就成為當前亟待解決的問題。有人說,能否像美劇《太空部隊》一樣,給我們的空間站機械臂裝上剪刀,去剪美國衛星的“翅膀”?
按實際上,這種方法並不好使,一是龐大的空間站必須啟動調姿發動機靠近目標,這會消耗大量的燃料,減少空間站的壽命。其次,太空機械臂的運動速度是非常緩慢的,一般都在每秒釐米級,並不適合做這樣爭分奪秒的工作。第三,敵方衛星也是有感知系統的,會發現你的靠近,從而採取規避動作,或者乾脆一頭撞上來,那可就“偷雞不成蝕把米”了。
而就在最近,有訊息說我國實踐21號衛星,對,就是和美國衛星“捉迷藏”的實踐21,它成功進行了一次高軌繩網捕捉衛星碎片技術測試,這讓我們吃瓜群眾眼前一亮,原來清理太空垃圾,還可以像打漁一樣玩?
對於這個訊息,咱們不辨真假,也就沒必要進行挖掘,但是利用繩網捕捉衛星和碎片的技術,並非科幻。比如2018年9月16日,歐洲“碎片清理衛星”Remove DEBRIS就曾進行過類似的試驗,它先釋放一顆小衛星,小衛星漂離主星6米後,展開1米直徑的充氣式結構,以增大尺寸,從而模擬真實的目標。然後主星利用彈簧機構,彈出一張直徑5米的網,將小衛星捕捉住。
這次試驗所採用的網,是空客公司用超輕型聚乙烯材料Dyneema製成,它也被普遍用來製作登山繩。為了保證它在發射之後能完全展開,繩網上還配有6個重塊。按照設計,在用繩網捕捉到模擬目標的小衛星之後,主星就會啟動發動機,透過主繩牽引,將小衛星拖入大氣層燒燬。
當然,由於主星還要進行後續試驗,所以這個步驟被省略了,被繩網裹住的小衛星在軌道上停留超過1年之後,才自然離軌。所以在當年的10月,歐洲“碎片清理衛星”又專門釋放一顆小衛星,模擬再入大氣層的過程,利用鐳射雷達和跟蹤相機紀錄了整個過程。不得不說,做事真是嚴謹。
而2019年2月17日,歐洲“碎片清理衛星”又進行了第三次試驗,這回它是先是將一塊模擬太空垃圾的鋁片掛在碳纖維吊杆上,伸出去5英尺遠,然後以每小時44英里的速度,發射一枚鋼筆大小的“魚叉”,成功穿透並捕捉到目標,然後拖回,這一切都像韓國科幻電影《勝利號》裡描述的一樣。
第四次試驗則是在2019年3月,歐洲“碎片清理衛星”張開充氣式再入帆,也叫離軌帆,改變自己的軌道,下降高度進入大氣層燒燬,這次是連自己的回收了。值得一提的是,歐洲“碎片清理衛星”的發射部署,是從國際空間站上進行的,沒走尋常路。
從前面的描述中,可以看到,歐洲“碎片清理衛星”試驗了兩種清理太空垃圾的方式,其一是繩網捕捉,其二是“魚叉”捕捉,不管是哪種,都像在太空中打漁一樣,高精尖的航天器,這一刻都變成了“漁夫”和“魚”。
另外,歐空局還準備在2025年發射一顆ClearSpace-1衛星,它捕捉太空垃圾的方式是使用機械臂,但並非像大家想象中的用“剪刀”去剪衛星“翅膀”。ClearSpace-1計劃用4條機械臂,去“抱住”被稱為Vespa的錐形空間碎片,然後和它一起墜入大氣層,相當於先給一個熱情的“擁抱”,然後一起滾下懸崖同歸於盡。這種方式可以對付體型比較大的衛星,缺點就是比較費“保潔員”,每顆太空垃圾都要消耗一名“保潔員”,不太划算。
其實,2016年日本在發射“鸛”號貨運飛船,為國際空間站運送給養的同時,也測試過清除太空垃圾技術。當時它釋放出一條金屬導索,使其吸附到太空垃圾的表面,透過金屬導索向其放電,利用物體在磁場中通電後會發生運動的原理,讓目標減速,從而在低於圍繞地球旋轉所需的速度後,墜入大氣層燒燬。這種方法比較取巧,但是面對非磁性非金屬衛星的時候,就無能為力了。
另外,歐盟還投資了290萬歐元,聯合9家鐳射技術企業和科技界,組成歐洲CLEANSPACE研發團隊,它們從2011年6月開始,就一直在致力於鐳射技術清理太空碎片技術的聯合攻關。但是鐳射清除太空垃圾,一方面是需要巨大的能量,另一方面和反衛星導彈對太空垃圾進行硬殺傷一樣,會產生更多更不可控的小型垃圾,所以並不被業界看好。
而前面提到的這幾種清除太空垃圾的辦法,其實我國都進行過相關的測試,但從目前的情況來看,最靠譜的還是繩網技術,不管你曾經多豪橫,在繩網面前都是魚,一網兜走就完事了,不需要進行過於精細的操作。如果5米的網不夠,那就來張直徑50米的網,如果一張網不夠,那就來兩張。