@ 2022.03.16 , 12:09

真实版的星空清理者 美德两国的太空垃圾控制项目

大多数死去卫星的宿命,是在最后几年失控地翻滚。扰动可能来自于燃料管线爆裂,太阳风激增,或者可能存在来自大气层外部的阻力——除非航天器的设计以某种方式保持其自然稳定,否则它大概率会以失控告终。

这是一个问题,因为地球轨道越来越拥挤。工程师们想收集太空垃圾,但他们无法安全地到达,尤其是在它们不稳定的情况下。欧洲航天局表示,目前在地球轨道上正在追踪大约 30000 个“碎片物体”——废弃的卫星、用过的火箭级、从碰撞中飞出的碎片。可能还有 900000 块较小的轨道碎片——从松动的螺栓到绝缘碎片,无所不包。它们可能不到10厘米长,但如果它们以轨道速度飞来,仍然可以摧毁一颗健康的卫星。

麻省理工学院航空航天学助理教授理查德·利纳雷斯说:“随着更多发射,我们可能会遇到更坏的情况,即废弃卫星占据了宝贵的轨道。”他是一个名为 TumbleDock/ROAM 的美德联合项目的成员,该项目组研究如何将翻滚的卫星控制起来,以便它们可以脱离轨道,或者在某些情况下,甚至可以维护。

几十年来,航空工程师们一直在忍受轨道碎片,但 Linares 表示情况正在发生变化。一方面,卫星技术变得越来越便宜——看看 SpaceX,今年迄今为止每周发射 40 颗卫星。他说,另一方面,如果风险持续增加,这些卫星提供的经济利益——高速互联网、GPS、气候和作物监测以及其他应用——将受到威胁。

“我认为在接下来的几年里,我们将拥有处理空间碎片的技术,而且有经济驱动因素会激励公司支持这些技术。”

TumbleDock/ROAM 团队刚刚在国际空间站的机舱内完成了一系列测试,他们使用名为 Astrobees 的 NASA 机器人来代替一颗翻滚的卫星,并派出一艘“追逐者”宇宙飞船来捕捉它。目标:找出算法,以便追逐者可以找到它的目标,确定它的翻滚率,并计算出最安全和最有效的方法。

“那里有大量大型碎片,”麻省理工学院团队Keenan Albee博士说,“如果你不正确地使用大型太阳能电池板,它们随时会反咬你一口。”

研究人员很早就决定,追逐者需要足够的自主权来自行接近一颗失灵的卫星。即使是最大的卫星,地面跟踪站特无法以任何精度跟踪它们的姿态。配备导航摄像头、激光雷达和其他传感器的追逐者需要实时完成这项工作。

“卫星的翻滚运动可能非常复杂。”德国航空航天中心 (DLR) 该项目的首席研究员oberto Lampariello说。 “如果你想确保在接近交点时不会与任何附属物发生碰撞,我认为自主引导方法非常有吸引力。”

空间站上的 Astrobee 测试表明,至少在原则上它是可以做到的。每个 Astrobee 机器人都是一个立方体,边长约 30 厘米,带有导航摄像头、压缩空气推进器和 Snapdragon 处理器,就像智能手机里的一样。

研究人员说,下一步是确定追逐航天器如何最好地抓住目标,如果后者是一块没有对接机制的碎片,这尤其困难。多年来的其他计划涉及大网或激光。 TumbleDock/ROAM 团队成员说,他们对利用原子间范德华力的抓手很感兴趣,这种抓手可以帮助壁虎紧贴透明表面。

更大的问题是如何将实验变成太空垃圾的实际解决方案。这个问题变得越来越昂贵,在某些情况下,还很危险。 到目前为止,SpaceX 已经发射了 2000 颗 Starlink 互联网卫星,可能还会再发射 30000 颗,其他公司(如亚马逊)也在竞相跟上。 他们在那里看到了利润。

麻省理工学院的 Linares 说,事实上,这就是为什么值得解决太空垃圾问题。现代企业可能会花费数十亿美元来发射新卫星,并且不希望它们被太空垃圾击毁。

“如果你的公司从轨道频带中受益,”他说,“那么你最好找人为你清理那儿。”

https://spectrum.ieee.org/space-junk-astrobee


支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

赞一个 (8)