科学家欲为卫星装风帆实现自我销毁

科学家欲为卫星装风帆实现自我销毁

据国外媒体报道，随着太空变得越来越拥挤，清除一些可能会给运行中的飞船带来撞击危险的太空垃圾非常有必要。科学家认为，可以通过给卫星和用过的火箭装上“风帆”，让它们比以往更快的速度进入大气层。展开废弃飞船的帆，可增加它的阻力，促使它进入地球大气层燃烧掉。

欧洲航天公司EADS阿斯特里姆公司表示，这项计划实施的可能性很大。布莱斯?桑特尔说：“这是一个非常有趣的解决办法，尤其对那些在生命快要结束时没有推进系统的卫星来说，这种方法更加难能可贵。”桑特尔和同事马克斯?科菲已经开始研究他们所谓的“创新性脱离轨道大气制动系统” (IDEAS)。

这个想法包括扩大飞船帆的下桁和金属薄板，增加它们在750公里高空中承受的阻力。桑特尔说：“大气制动原理是，通过增加这个系统的阻力，从而加大轨道物体的表面积和质量之间的比率，加快它的分解速度。要达到这个目的，我们必须先展开一个非常轻的结构。这是我们选择利用‘蛛丝结构’的原因。这些是非常稳定的帆的下桁和非常薄的膜。”

桑特尔和科菲一直在为即将出现的法国“显微镜卫星(Microscope)”发展大气制动帆概念。“显微镜卫星”是一项科学任务，它将对等效原则试验中的引力和自由落体行为进行研究。该卫星用大约1年的时间进行测量研究后，将不再有其他用途。像这样一艘飞船应该远离轨道才行，尤其是这种卫星运行的轨道，正是很多非常重要的地球观测卫星所在的轨道。

桑特尔说：“‘显微镜卫星’没有推进系统，因此它不能自行脱离轨道。如果我们不采取措施，它需要50到100年，才能分解掉。”桑特尔和科菲认为，通过安装帆的下桁和膜装置，“显微镜卫星”可在25年内脱离轨道，这与国际轨道垃圾缓解方针相符。阿斯特里姆公司目前正在研究如何才能把“创新性脱离轨道大气制动系统”概念应用到使用过的火箭上。

该公司负责生产了欧洲的“阿丽亚娜(Ariane)5型”火箭。在飞行的最后阶段，“阿丽亚娜”火箭的大部分结构都很快脱离了轨道。但是它的上级(upper-stage)会在轨道里停留更长时间。火箭发射出它携带的卫星后，会继续围绕地球周围的椭圆形轨道运行，这个轨道的远点距离地球超过35000公里，近点距离地球大约只有250公里。火箭上级自然脱离轨道大约需要100年。

桑特尔说：“我们的研究显示，如果我们要把大气制动概念应用到‘阿丽亚娜’级的火箭上，我们需要一个拥有帆的下桁或桅杆的系统，它的长度大约是12米，展开后的表面积大约是250平方米。” “利用当前的技术可以做到这些。现在我们需要证实这是个最佳解决方案。我们还必须考虑这种系统是否能应用到其他运载火箭上。”

当然，其中一种选择性方案是，赋予“阿丽亚娜5”号火箭上级飞入地球大气层的能力。去年在发射“儒勒?凡尔纳(Jules Verne)”自动运输飞船的最后阶段，他们第一次这样做。因为要执行很多次围绕空间站轨道飞行的载人任务，所以这项举措被认为很有必要。“儒勒?凡尔纳(Jules Verne)”自动运输货船脱离火箭后，火箭的上级重新开启发动机，通过监控在太平洋上空燃烧掉。

利用这种方法脱离轨道的优势显而易见，但是需要额外的燃料和重新启动发动机使这种方法变得更加复杂，增加了成本。另一方面，大气制动帆非常轻，而且极其简单。人们甚至可以通过一个事先调整好的定时器控制它们的操作过程，在飞行结束的最后时刻及时展开大气制动帆。

这意味着即使火箭上级失去控制，也能确保它及时返回地球大气层。桑特尔和科菲在德国达姆施塔特举行的欧洲太空碎片大会(European Conference on Space Debris)上详细介绍了他们的最新研究结果。会议结束时组织者说，必须通过设计和执行有效方法，才能真正清除太空碎片。