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太空垃圾太多?能回收的建太空酒店,不能回收用激光大炮粉碎它!
2019-11-13 20:41 前瞻网   

 

身在地球的我们尚与各种塑料垃圾做斗争,不知不觉中,太空垃圾也成了一个令人头疼的问题。这些太空垃圾由旧火箭碎片和卫星碎片组成,以惊人的速度绕地球运转,对卫星和未来的太空飞行都构成了严重威胁。

据估计,目前大约有34,000块大于10厘米的碎片漂浮在太空中。尽管提出了许多清理太空垃圾的想法,但最近提出的一个新概念可能是迄今为止最雄心勃勃的,嗯…坦率地说,听起来有点傻。

加拿大太空发射初创公司Maritime Launch Services(MLS)与商业太空服务公司Nanoracks的合作,旨在寻找一种方法,将使用过的火箭上层转化为整个太阳系的“前哨”,用于太空仓库、太空旅馆,太空加油站等。基本上,它做的是升级换代,只不过用的是火箭零件,而不是旧木箱和玻璃瓶。

Nanoracks首席执行官Jeffrey Manber表示:“火箭上层可以做很多事情,而我们对Nanoracks的核心信念是,不要在太空浪费东西——它们太宝贵了。”

作为交易的一部分,Nanoracks将致力于翻新MLS的火箭。但是,MLS希望使用的Cyclone 4M火箭还不够大,不足以供人类以任何有意义的方式使用。这意味着该计划仍然是一项未来的计划。

不过,这两家公司并不灰心。根据报道,Nanoracks正在考虑使用太空焊接机器人(包括蛇形机器人)来帮助重新利用材料。

MLS总裁兼首席执行官斯蒂芬·马捷(Stephen Matier)表示,不管怎么说,我们已经有了这些东西,为什么不把它们拿去重新利用,再赋予它额外价值呢?这样还可以做更多的科学研究。

当然,以这种方式回收太空垃圾是不可能的。不过,在解决一个非常实际的问题时,这是一个有趣的建议。 MLS和Nanorack的计划能否成功仍有待观察。但有一点可以肯定:如果这个想法成功了,我们很乐意住在一家时髦的回收火箭太空酒店里。

在近60年的太空探索中,我们留下的太空垃圾中一些碎片小如油漆斑点,而另一些则是耗尽燃料的卫星残骸。

大多数太空垃圾是由相当昂贵的材料组成的,这些材料被用来制造火箭和卫星。太空垃圾有没有可能成为一种未被利用的漂浮资源呢?除了太空酒店,更现实点,如果我们可以将这些太空垃圾转换成太空任务的组件,情况会怎样?

助力火星任务

虽然太空垃圾是一个众所周知的问题,但处理太空垃圾的想法总是绕不开一个问题:经济支持。这就是为什么太空初创公司Firefly space Systems的首席执行官汤姆•马库西奇(Tom Markusic)建议回收一些报废的太空卫星,用于火星任务。

马库西奇提出,仔细想想从螺帽、螺栓到电子设备都是火星殖民地所需要的,航天器可以使用太阳能电力驱动的拖船将报废的卫星拖出地球轨道,以降低燃料成本。这些拖船将前往火星的卫星火卫一,供人类分解和使用原材料。

马库西奇估计在太空中已经有几百颗报废的卫星可以使用。由于这些太空垃圾组件已经在太空中,因此从地球表面发射这些材料不需要任何发射费用。

马库西奇表示,“它们经过重新组装,配置成在火星上需要的硬件类型,助力我们的探路者任务,我们的人类任务。”他将之比作打翻一桶乐高然后重新组装。

当然,问题是谁来为这样的计划买单。许多公司都建议处理太空垃圾,但由于没有管辖权,也没有直接的威胁,所以总有资金问题。

“太空垃圾问题有点像全球变暖——很难让各国政府同意资助此类活动。”英国萨里大学的研究人员贾森•福肖(Jason Forshaw)表示。

“我们正试图提高认识,太空也是地球环境的一部分——太空也需要清洁。”福肖说,太空中有7000吨垃圾,他相信有很多技术可以将它们清除。

马库西奇说,他相信,如果有充分的理由,政府实体会有兴趣出资清理太空垃圾。但在前往火星之前,他需要为一枚火箭筹集资金,让他的初创公司进入发射市场。这颗名为“萤火虫阿尔法”的卫星将向太空发射重量不到1000公斤的轻型卫星,一些用于第三方的立方体卫星可能会为其带来更多收入。

他的项目估计价值1亿美元,从风险投资家和天使投资人那里“筹集并花掉”了其中的三分之一。然而,在2500万美元的A轮融资陷入停滞,一些参与方在最后一刻退出了。

回收天线

重新利用太空垃圾成为有价值的卫星部件,美国国防部高级研究计划局(DARPA)也考虑过,并且还启动了一个名为“凤凰”的计划,旨在回收仍在使用的报废卫星碎片,将其整合到新的太空系统中。

“凤凰”计划的目标是利用一种类似机器人的机械装置,从地球同步轨道(距地球约35406公里)上的许多退役和报废的卫星上获取仍在工作的天线,并把它们连接到从地球发射的更小的“卫星”或纳米卫星上。

DARPA官员说,如果成功的话,“凤凰”计划将为美国军方节省大量的发射费用。天线又大又笨重,需要大量燃料才能发射,而发射没有天线的“卫星”则要便宜得多。

“凤凰”计划设想将一种类似机械的卫星服务系统的“小艇”运载火箭发射到地球同步轨道。“小艇”将配备抓握机械臂和远程视觉系统。这些卫星将作为额外的有效载荷被其他卫星送入太空。

“小艇”将巡航到一个小卫星,把它拖出投放到适当的废弃卫星。然后,“小艇”将把天线从退役卫星切换到卫星上,利用以前无用的太空垃圾,制造出一颗“新的”、相对便宜的卫星。

据“凤凰”项目经理大卫·巴恩哈特表示, GEO卫星的设计初衷不是用来拆卸或修复的,所以这不是简单地移除一些螺母和螺栓的问题。”“这需要新的远程成像技术和机器人技术,以及用于抓取、切割和修改复杂系统的特殊工具,因为现有的关节通常是模压或焊接的。”

凤凰计划也可以借助一些地面技术,例如,它可能会结合当今远程机器人系统(医生能够为数千英里外的病人进行手术),以及先进的远程成像系统(使石油钻探者能够看到数千英尺水下的海底)。

但这些技术需要重新开发,应对太空微重力、高真空和强辐射环境带来的挑战,从而在太空中运作起来。

虽然上面这些设想都不错,将太空垃圾回收建太空酒店、新的卫星,但对于那么没法再利用的太空垃圾呢?只能任由它们向幽灵一样漂浮着吗?对此,中国研究员提出了一种设想!

激光粉碎

去年1月,中国研究人员一篇论文发表在Optik杂志(国际光学电子学领域核心期刊)上,探索了利用轨道激光站对太空碎片进行爆破的可能性。

一些研究人员建议将太空碎片拖出轨道,将其困在轨道网中,甚至将其减速,使其在地球大气层中燃烧。不过,中国研究人员的激光定向项目可能是最有效的。

在他们的研究中,科学家们成功地模拟了一个轨道激光站,该站将以每秒20束光照射4英寸以下的太空碎片,持续2分钟。这种撞击的目的是迫使太空垃圾在大气层中燃烧,或者将其推离大气层,以防止碰撞。

最后研究结论是,发射这些激光站是可能的,它们将有效地清除太空垃圾和防止未来的碰撞。

这些轨道激光站只能摧毁非常小的空间碎片。目前还不清楚它是否能将更大的太空垃圾推到安全的地方。建立激光站的后勤工作也会很复杂。谁来建造它们?能建多少?成本如何?等等一系列问题都有待解决。

此外,美日德专家提出过类似设想,利用脉冲式激光枪、激光束轰击太空垃圾。

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责任编辑: 3976DBC

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