用磁力來清理太空垃圾 歐空局或建磁力拖船

航空航天 地球 國際空間站 火箭 老網民新視界 2017-06-26

在將火箭、衛星等送入軌道50年之後,人類創造了某種“太空垃圾”問題。最新的估計顯示,在那裡有超過1.7億塊碎片,尺寸大小從小於1釐米(0.4英寸)到直徑幾米。這種垃圾不僅威脅著航天器和國際空間站,而且碎片之間的碰撞會導致更多的碎片形成,這種現象被稱為凱斯勒效應。

歐空局提出了用強大的磁鐵來製造空間拖船將碎片脫離軌道。這可能是迄今為止最雄心勃勃的計劃,這個概念來自法國圖盧茲大學法國研究所的 Emilien Fabacher 。他對磁力拖船的構想旨在解決一種特殊的空間碎片——不能運行的衛星。這些不受控制的快速旋轉的物體通常重達幾噸,因此是最重要的碰撞危險之一。

用磁力來清理太空垃圾 歐空局或建磁力拖船

磁引力是一個安全、有吸引力的解決方案。首先,它依賴於許多低軌道衛星上的技術,這些衛星被稱為磁選機。這些電磁鐵允許衛星使用地球的磁場調整其方位。因此,不需要事先特別裝備碎屑追蹤的衛星。更重要的是,這種磁吸引力或排斥技術被認為是一種安全的方法,可以讓多顆衛星在太空中保持緊密的隊形。 如美國航空航天局的磁層多尺度任務(MMS),Landsat 7和地球觀測1號衛星,以及歐空局的即將到來的LISA任務,都可能運行在地球周圍。因此這種磁吸引技術為避開空間垃圾提供了安全有效的替代方案。你可以待在一個安全的距離將一個衛星脫離軌道,而不需要直接接觸,避免追蹤器和目標衛星造成傷害。因為這些衛星的重量有幾噸,每小時以數千公里的速度行駛,停留在地球上方穩定的軌道上,所以拿到一個是不容易的事情。以這種速度,任何錯誤的舉動都可能是災難性的。所以我們的想法是用磁力來吸引或排斥目標衛星,使其環繞軌道運行或脫離軌道。

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Fabacher正在研究磁力制導、導航和控制技術在實際中的應用。他和同事們在進行了將交匯模擬器與磁性相互作用模型結合在一起的計算後,也考慮到了地球自身磁層的不斷變化的狀態,得到了第一個驚喜:從理論上講,這確實是可能的——起初我們還不能確定,但結果證明物理現象運轉良好。追蹤衛星將使用被冷卻到低溫的超導線產生強磁場。這些衛星還將依靠磁場來保持精確的飛行結構,從而允許一組追蹤衛星處理多片碎片,或者將碎片協調和引導到特定位置。這種非接觸式的磁力將影響大約10-15米,提供10釐米的定位精度,姿勢精度為1-2º。

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據估計,未來十年,小型衛星市場將增長53億美元(根據Space Works和Eurostat),許多私人公司正在尋求提供定期發射服務來促進這一增長。任其發展,空間碎片極有可能在未來幾年或幾十年了產生非常嚴重的危害。

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如果我們打算返回月球並前往Mars,我們需要確保太空通道是乾淨通暢的!鑑於國際空間站對科學研究和國際合作的重要性,以及像Bigelow Aerospace這樣的公司希望在軌道上建立空間棲息地,在完全失去控制之前,必須先對這個碎片問題進行處理。也許造一個磁力拖船隊就是我們需要清理這個爛攤子的好方法!

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