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来源:科技日报2019-10-08 09:39
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  金牛座纳星展开离轨帆效果图。中国航天科技集团八院供图

  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。(记者 付毅飞)

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