一條回收太空垃圾的“飛毯”

蘇琳

1957年，全球第一顆人造衛(wèi)星進入太空；1969年，阿姆斯特朗在月球上邁出“人類的一大步”。近百年來，科學家一直在探索如何向宇宙發(fā)射更多人造衛(wèi)星、探測器、航天飛機甚至整個空間站。而諸如SpaceX、Blue Origin在內的商業(yè)公司也在積極開拓太空這一仍然充滿無數未知的領域。

然而，由此產生的一個負面結果是：人類截至目前似乎還不擅長讓這些航天器回到地球，而是任其在太空中飄蕩，變成太空垃圾。

雖然這些太空垃圾聽起來離我們很遠，但實際上，當你的導航失效或者乘坐的飛機無法精確定位而只能于天空盤旋時，這些糟糕體驗的罪魁禍首，很可能就源于一塊撞上衛(wèi)星的太空垃圾碎片—高速運動的垃圾足以給工作中的衛(wèi)星帶來致命傷。

但如何清理這些航天器遺留下來的太空垃圾，至今仍是個難題?？偛课挥诿绹迳即壍姆怯麢C構航天航空公司（Aerospace Corporation）提出了一種解決方案，它正在開發(fā)一款超薄太空飛船，能夠包裝、清理太空中的碎片。

這個名叫“膜飛船”（Brane Craft）的新型航天器由美國航天航空公司的首席研究員、高級科學家Siegfried Janson主持研發(fā)。

它占地僅約2平方米，厚度約10微米，還不到人類頭發(fā)直徑的一半。從外觀上看，膜飛船猶如一條具有彈性的“飛毯”?！斑@樣的設計讓它擁有輕巧、靈活機動、省油的優(yōu)勢。”Janson說。

將太空垃圾包裹在內，降低飛行高度，進入大氣層燒毀，一艘膜飛船就完成了它的使命。根據Janson的介紹，膜飛船可以登陸任何近地小行星、主帶小行星，或是火星、金星的軌道，在完成任務后返回。并且，它還可以在無需推進器的情況下多次往返月球和地球。

不過，它也存在一定局限。太空中的輻射是膜飛船面臨的一大挑戰(zhàn)。由于商業(yè)電子器件的輻射容忍度較低，一般難以承受太空的惡劣條件。

另外，因為膜飛船的厚度基本可以忽略不計，它的材質必須是“防彈級別”的。盡管如此，對太空中常常遇到的巨大沖擊來說，這個結構約等于二維形態(tài)的航天器，還是顯得有些脆弱。

對此，研發(fā)人員為膜飛船添置了許多“候補設備”。膜飛船會借助超薄太陽能電池和少量的燃料獲得動力；太陽能電池采取分離設計，使得一個電池的損壞不會輕易影響到這個飛船的運行，燃料箱也被分隔成了多個。

飛船上還搭載了很多備用微型處理器，覆蓋在表面的電子外殼也有很多個，研究人員甚至還將存儲在夾層中的推進器分設在兩個獨立的儲存器里。為了防止出現微小隕石撞擊或者短路，幾乎所有部件都做了獨立設 計。

由于航天器本身的燃料存儲空間有限，一架膜飛船僅能捕獲0.9千克重的物體。所以這款飛船在投入使用后會頻繁發(fā)射，且可能實現在單一火箭上搭載多個航天器，從而加大垃圾捕獲量，同時也可縮減成本，實現商業(yè)化。

根據美國國家航空航天局（NASA）提供的數據，地球的軌道上“承載”著超過50萬件太空垃圾，其中包括損壞或銷毀的航天器碎片和宇宙本身的隕石等。這個數字每年還在呈指數級增長。

NASA軌道碎片研究方面的首席科學家Nicholas Johnson表示，“太空任務最大的風險來源于不可追蹤的碎片?！边@些太空垃圾以每小時約2.7萬公里的速度高速運動著，給航天器的運行以及宇航員的生命安全造成了極大隱患。

然而，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，太空碎片越來越多，通過追蹤航天器、修改運行軌道、增強材料本身的自我防護能力等傳統手段來躲避太空垃圾，已經不再是最好的應對措施。

去年，日本宇宙航空研究開發(fā)機構（JAXA）向國際空間站發(fā)射了一個名為“白鶴號-6”的無人太空船。它不僅能夠運送貨物，還承栽著清理太空垃圾的任務：用一條2300英尺（約合700米）長的電磁系繩將太空中的那些垃圾拖出軌道。但這并不容易，由于技術故障導致繩索未能正常伸展，這艘無人航天器的“命運”最終以墜落大氣層燒毀告終。

一些創(chuàng)業(yè)公司也開始參與進太空垃圾的生意中，并帶來了更多的點子?？偛课挥谛录悠碌腁stroscale就是一家專門從事太空垃圾清理的公司，創(chuàng)始人岡田光信提出了一個計劃：2018年發(fā)射首個太空垃圾收集器衛(wèi)星“ELAS 1”，在這顆衛(wèi)星上將會裝載傳感器和機動推進器設備，跟蹤太空垃圾碎片并實行攔截。

攔截太空垃圾所用的黏合劑是Astroscale與日本一家化學公司合作研發(fā)的，將會涂滿于ELSA 1表面，一旦觸碰到太空垃圾碎片，這些黏合劑就會將垃圾粘在飛行器表面并脫離原本的飛行軌道，而且將與ELSA 1機體一同燃燒殆盡。

為此，這家公司需要首先發(fā)射一顆體積相對小的衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星攜帶的面板能夠感受到太空環(huán)境中的垃圾碎片及其撞擊情況。它非常敏感，甚至能夠檢測到小于一毫米的碎片撞擊。利用這些數據，公司可以繪制出各種太空環(huán)境下的碎片密度情況圖。除了公司自身使用外，這些數據還能出售給其他衛(wèi)星運營商和空間機 構。

“如果你去參加任何一個太空相關的會議，就會發(fā)現，所有議程都是分成三個分會—技術、融資、規(guī)則。我想做的，就是提出一個方案，為它設立明確的融資階段，然后展現出風險，幫助確立規(guī)則。”岡田光信對《第一財經周刊》說，截至目前，Astroscale已經籌得了大約4300萬美元資金。

作為13個NASA創(chuàng)新先進概念（NIAC）之一，膜飛船也已經獲得了NASA的兩輪“投資”，共計60萬美元。在第一個階段里，NIAC對一個創(chuàng)新性概念完成初步的定義和分析，并提供10萬美元資助獲獎者完善設計，探索實施新技術的辦法。而第二階段獎金增加到50萬美元，研究期限為兩年。

目前，航天航空公司已經順利通過了第一階段，進入項目研發(fā)的“二期工程”。作為項目負責人，Janson稱：“第二階段的工作將重在分析和記錄膜飛船用于清除軌道碎片的優(yōu)勢和局限性，進一步測試任務操作流程，并嘗試通過實驗室模擬環(huán)境?！比绻麅赡旰驨ASA對膜飛船的新進展感到滿意，那么這個二維航天器可能將在幾年后投入運行。

對于這些太空“清道夫”來說，壞消息是，全球范圍目前還沒有一個有法律效力的懲罰條款去約束太空垃圾的產生。但好消息是，至少那些衛(wèi)星擁有者們還愿意付費保護他們的衛(wèi)星。