國際空間站(ISS)的宇航員在空間站上發(fā)射了首顆具有太空碎片清除功能的衛(wèi)星RemoveDEBRIS,它同時也是ISS史上部署過的最大的衛(wèi)星。這一專門用于測試碎片主動清除(ADR)系統(tǒng)有效性的低軌道衛(wèi)星,匯集了歐洲、亞洲、非洲與美國各太空機構(gòu)、航天專家與技術(shù)公司的智慧結(jié)晶。
太空碎片(俗稱太空垃圾)正逐漸成為地球與太空所面臨的嚴峻問題。歐洲航天局(ESA)的官員表示,太空碎片指的是“地球軌道上或重返大氣層的所有無功能人造物體,包括其殘塊與組件”。如今,太空環(huán)境的日益擁擠,使得提供安全服務(wù)與執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)的衛(wèi)星遭碎片撞損的可能性不斷增大,并進而危及到乘坐航天飛船升空或重返大氣層的宇航員的生命安全。
美國國家航空航天局(NASA)官員表示:“自進入太空時代以來,太空碎片數(shù)量就出現(xiàn)大幅增加的態(tài)勢。大部分發(fā)射到太空的物體如今仍在地球軌道上運行,這些物體及其副產(chǎn)物對太空與地球都構(gòu)成了一定威脅?!?/p>
NASA官員進一步表示:“太空里的碎片會互相發(fā)生碰撞,進而損壞在軌運行的衛(wèi)星,并影響地球所接收的衛(wèi)星服務(wù)質(zhì)量。具體來說,太空中的撞擊很難預(yù)測,且非常危險。四處亂飛的碎片會給航天飛船的運行帶來麻煩,而兩個碎片相撞會產(chǎn)生大量快速移動的小碎片。最嚴重的情況是發(fā)生連鎖撞擊,最終影響到網(wǎng)絡(luò)連接、電子郵件、全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航以及手機賴以正常工作的航天器?!?/p>
NASA 官員表示,將通過RemoveDEBRIS衛(wèi)星進行“碎片主動清除任務(wù)的在軌演示,來驗證關(guān)鍵性碎片主動清除技術(shù)。這些技術(shù)具體包括基于捕網(wǎng)與魚叉的捕獲技術(shù)、基于拖曳帆的快速離軌技術(shù)、以及采用視覺導(dǎo)航的交會接近探測技術(shù)??傊?,RemoveDEBRIS項目能使無人與載人航天器的飛行安全性大大增加?!保ň凑堦P(guān)注SAE International有關(guān)太空安全的聲明。)
RemoveDEBRIS衛(wèi)星是全球為了清除不斷堆積的危險軌道碎片所開展的首批任務(wù)之一。今年4月,執(zhí)行第14次商業(yè)補給任務(wù)(Commercial Resupply Mission)的SpaceX獵鷹9號火箭從位于弗羅里達州的肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center)發(fā)射升空,將所搭載的RemoveDEBRIS衛(wèi)星送至了國際空間站(ISS)。
RemoveDEBRIS由英格蘭薩里衛(wèi)星技術(shù)有限公司(SSTL)建造,該公司是薩里大學(University of Surrey)的一家衍生企業(yè),由空中客車防務(wù)及航天公司(Airbus Defence and Space)控股。之后通過位于得克薩斯州韋伯斯特(Webster)的NanoRacks公司所生產(chǎn)的Kaber微型衛(wèi)星部署器完成部署。
在薩里大學薩里太空中心(Surrey Space Centre)牽頭、歐盟第七框架計劃(Seventh Framework Program)按撥款協(xié)議提供部分資金支持的情況下,相關(guān)太空公司與研究機構(gòu)組成了聯(lián)合研究組,專門致力于RemoveDEBRIS衛(wèi)星的設(shè)計與開發(fā),成員包括空中客車公司(Airbus)、阿麗亞娜集團(Ariane Group)、法國國家信息與自動化研究所(Inria);英格蘭SSTL;荷蘭Innovative Solutions In Space公司;瑞士電子與微技術(shù)中心(CSEM)以及南非斯泰倫博斯大學(Stellenbosch University)。
RemoveDEBRIS衛(wèi)星由宇航員通過日本首個載人航天設(shè)施——日本希望號實驗艙(JEM)(昵稱為Kibo,即英語中“希望”的意思)發(fā)射。JEM是日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)對ISS的第一個貢獻,用于支持日本在軌科研活動的開展。相關(guān)官員表示,JEM依托在軌運行的美國實驗艙獲取所需的空氣、電力、數(shù)據(jù)與冷卻液資源,這為更好地利用太空環(huán)境創(chuàng)造了大量機會。
在7月2日訪問JAXA位于筑波科學城(Tsukuba Science City)的總部筑波太空中心(Tsukuba Space Center)時,日本國防部長Itsunori Onodera宣布,將與JAXA合作,共同致力于清理危險太空碎片。Onodera表示:“我們將主動參與到太空監(jiān)控的工作中來,以更安全地使用太空。我希望在這次JAXA之行的影響下,日本國防部與自衛(wèi)隊能夠積極參與到太空的開發(fā)與利用中來,為確保太空安全盡一份力?!?/p>
RemoveDEBRIS任務(wù)將展開四項實驗,其中較大的衛(wèi)星將釋放兩顆立方星(CubeSat)作為人造目標。實驗將首先測試用魚叉和捕網(wǎng)捕獲在軌物體的技術(shù)。另外還將測試一種視覺導(dǎo)航系統(tǒng),該系統(tǒng)依靠攝像機與激光雷達(LIDAR)技術(shù)對主衛(wèi)星所釋放的立方星展開觀察。最后,RemoveDEBRIS衛(wèi)星會使用一個巨大拖曳帆,使目標軌道快速衰減,直至最后毀于地球大氣層中。
NanoRacks公司外部有效載荷部經(jīng)理Conor Brown表示:“RemoveDEBRIS項目展示了一些激動人心的碎片主動清除技術(shù),可能對我們未來的太空碎片管理工作產(chǎn)生重大影響。此外,它也有力證明了小型衛(wèi)星功能的日趨強大,并肯定了空間站在執(zhí)行這一規(guī)模任務(wù)中所扮演的平臺角色?!?/p>
聯(lián)盟成員的分工如下:
任務(wù)協(xié)調(diào)與財團內(nèi)部協(xié)調(diào):薩里太空中心(英國)
衛(wèi)星系統(tǒng)工程:ASF(法國)
平臺與電子:SSTL(英國)
魚叉:空客(英國)
捕網(wǎng):空客(德國)
視覺導(dǎo)航技術(shù):CSEM(瑞士)/ INRIA/空客(法國圖盧茲)
立方星分配器:太空創(chuàng)新解決方案公司(Innovative solutions in space,荷蘭)
目標立方星:薩里太空中心(英國)/STE
拖曳帆:薩里太空中心(英國)
RemoveDEBRIS項目中來自薩里太空中心的研究人員有:G.Aglietti教授、C. Underwood教授與C. Bridges博士。此外,Simon Fellowes為RemoveDebris聯(lián)盟的總負責人。
RemoveDebris衛(wèi)星的發(fā)射過程如下:
RemoveDebris平臺被裝入專門盒子中運送至國際空間站。
宇航員打開盒子,并將平臺安裝在滑臺上。
滑臺進入國際空間站日本實驗艙,實驗艙中的特殊機械臂抓住平臺,并將其移至ISS之外。
機械臂沿特定方向釋放平臺,任務(wù)開始。
1961年至2017年4月共記錄有290起在軌航天器解體事件,其中大部分事件與衛(wèi)星及火箭上面級爆炸相關(guān),而偶然或故意的相撞事件只占到不到10起。(圖片來源:ESA/ID&Sense / ONiRiXEL)
平臺部署完畢后,任務(wù)就正式開始了。初始階段測試涉及RemoveDebris衛(wèi)星所搭載的一對立方星。首先,第一顆立方星(命名為DebrisSat1號)上會部署一個充氣氣球,實驗將根據(jù)RemoveDEBRIS 發(fā)射捕網(wǎng)捕獲氣球的情況來測試RemoveDebris衛(wèi)星的碎片捕獲功能。該實驗完畢后,將部署第二顆立方星(命名為DebrisSat2號,即DS2),而RemoveDebris衛(wèi)星將依靠視覺導(dǎo)航(VBN)系統(tǒng)對釋放后的DS2進行動態(tài)追蹤。以上信息由VPT的一位工程師介紹。
VPT是??齐娮涌萍技瘓F(HEICO Electronic Technologies Group)下屬公司,主要面向航空電子、軍事、太空與工業(yè)領(lǐng)域提供電源轉(zhuǎn)換解決方案,在弗吉尼亞州黑堡與華盛頓州博塞爾市設(shè)有辦事處。
在這些測試結(jié)束后,RemoveDEBRIS還將測試魚叉刺穿目標并在其中纏繞的能力。最后,RemoveDEBRIS衛(wèi)星將釋放一個功能類似于空氣制動器的充氣拖曳帆,實現(xiàn)目標的安全離軌。VPT公司的工程師表示,RemoveDEBRIS衛(wèi)星會在重返地球大氣層時自動焚毀,“并且是被完全燒毀。VPT公司很榮幸能為清除有害太空碎片的重要任務(wù)盡一份力,并對該任務(wù)及未來相關(guān)任務(wù)的開展拭目以待?!?/p>
位于德國達姆施塔特的ESA歐洲航天飛行控制中心(ESOC)太空殘骸管理辦公室提供了以下太空碎片數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)確認更新至2017年1月):
自1957年太空時代開啟以來,全球火箭發(fā)射總次數(shù)約達5250次
自1957年以來,火箭成功發(fā)射的地球衛(wèi)星總數(shù)約達7500顆
目前太空中仍存在的地球衛(wèi)星約達4300顆
目前仍在運行的地球衛(wèi)星約達1200顆
美國空間監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)(US Space Surveillance Network)定期追蹤并歸檔的碎片數(shù)量達到約23000個
預(yù)計產(chǎn)生碎片的解體、爆炸與碰撞事件總數(shù)達到290個以上
軌道碎片總質(zhì)量約達7500噸
統(tǒng)計模型所預(yù)測的在軌碎片數(shù)量:
直徑大于10厘米的太空碎片有29000個
直徑在1厘米至10厘米之間的太空碎片有75萬個
直徑在1毫米至1厘米之間的太空碎片有1億6600萬個
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gps
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原文標題:國際空間站發(fā)射衛(wèi)星 測試太空垃圾主動清除技術(shù)
文章出處:【微信號:SAEINTL,微信公眾號:SAE International】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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