我們能用特殊的太空帆將舊衞星帶回地球嗎？_風聞

原作：Evan Gough

翻譯：張雨荷

校譯：牧夫天文校對組

編排：葛明紅

後台：庫特莉亞芙卡  李子琦

原文鏈接：

https://www.universetoday.com/142794/can-we-use-special-sails-to-bring-old-satellites-back-down-to-earth/

我們能用特殊的太空帆將舊衞星帶回地球嗎？

低地軌道(Low-Earth

Orbit，LEO)空間碎片的問題日益嚴重，近年來越來越受到人們的關注。我們對衞星的需求似乎無窮無盡：時至今日在軌運行的衞星數以千計，而還有數千顆衞星準備發射。每顆衞星都有自己的運行壽命，當它們停止工作，變成普通卻令人煩惱的太空碎片時，我們該怎麼辦呢？

僅在未來五年，科學家預計就將發射2600多個超小型衞星和立方體衞星。目前已有近5000顆衞星在環繞地球運行，其中許多是已經不再工作的太空碎片，而這些太空碎片的存在佔據着新衞星的軌道。事實上，根據聯合國外層空間事務司（United Nations Office for Outer Space Affairs, UNOOSA）的資料，我們僅在2018年就向太空發射了382顆衞星，這是一個龐大的數目。

然而關於這個問題並不缺乏潛在的解決方案。有機構提出用“魚叉”、“漁網”、磁鐵，甚至是激光來清理太空碎片的新奇想法。目前，NASA得到了普渡大學相關初創公司Vestigo Aerospace的資助，以進行一項為期六個月的研究。研究內容聚焦於如何利用太空拖帆來使太空垃圾（包括衞星、廢火箭助推器和其他碎片）脱離軌道。

圖注：激光清除軌道碎片概念圖

圖源：Fulvio314/NASA/Wikipedia Commons

Vestigo Aerospace公司由普渡大學工學院的副教授David Spencer創立。“通過為期6個月的研究，我們將努力開發用於小型衞星和運載火箭脱軌的拖帆技術”，Spencer在新聞發佈會上説。“為了保持軌道的高效利用,我們有必要在飛行任務完成後安全處置那些射向太空的物體。”

拖帆法和其他方法不同。“魚叉”、激光和“漁網”等方法旨在處理已經累積在太空中的垃圾，而拖帆的設計則是將其置於衞星中，在衞星使用壽命結束時自動展開。

圖注：拖帆可使舊衞星脱離軌道

圖源: Purdue University / David Spencer

“Vestigo Aerospace正在研發一條拖帆產品線，以滿足對衞星脱軌能力的需求，同時作為傳統推進系統的替代品,” Spencer説道。他在進入普渡大學之前曾在噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Laboratory, JPL）工作了17年。“該團隊還將研究如何利用拖帆使太空物體定向重返大氣層，以減少重返大氣通道和碎片撞擊區的不確定性。”

拖帆將在衞星運行壽命結束時展開。一旦展開，它將降低衞星的速度並幫助它安全脱軌。目前，衞星脱離軌道或多或少取決於它們的自身狀態。如果衞星太大不能在重返大氣層時被燒燬，那麼它們在地球上的可能撞擊位置將很難計算。

Vestigo Aerospace系統設計的一個關鍵特徵是可伸縮性。在與Universe Today的電子郵件交流中，David Spencer説，“我們設計的拖帆系統是可伸縮的，小至1 kg的立方體衞星，大至450 kg的小型衞星，甚至 1噸重的運載火箭上級艙體，都可以使用該系統實現脱軌。”

根據Spencer的説法，他們的系統也提供所謂的“被動空氣動力平衡”，使得系統可以自然地調節到最大拖拽力的方向。

Vestigo Aerospace並不是第一個研發太空拖帆的公司。CanX-7（加拿大高新納米太空實驗7，全稱Canadian Advanced Nanospace eXperiment-7）是2017年進行的一次演示任務，演示了利用太空拖帆使超小型衞星脱離軌道。該任務主要針對的是立方體衞星，可以將帆連接到立方體衞星的外部以免除對電子設備的干擾。

圖注：CanX-7，在空間飛行實驗室的潔淨室裏展開的拖帆

圖源：空間飛行實驗室

CANX-7重3.5千克，利用了四個太空帆使其脱離軌道。帆展開後僅一週，就大大改變了衞星的軌道衰減率。最終，四個帆都保持在衞星的後方並使它穩定了下來，這進一步加快了衞星的軌道衰減。

圖注：CanX-7的早期脱軌進程。藍色是CanX-7從拖帆展開前的時刻之後一週的高度變化。紅色是NORAD衞星星曆（又稱兩行軌道數據：TLE，Two-Line Orbital Element）提供的BSTAR拖調製係數，顯示了衞星受到的拖拽力的增加。

圖源：空間飛行實驗室

跨機構太空碎片協調委員會（Inter-Agency Space Debris Coordination Committee ,  IADC）自2007年以來陸續制定了一些準則，規定超小型衞星的在軌壽命不應超過25年。雖然存在很多新奇的方法可以處理那些經年累月積攢在低地軌道上的太空碎片，但拖帆法提供了一種經濟且易於開發的新思路，可以確保未來的衞星在失效後不會留存在軌道上。

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影像來源: Rainee Colacurcio