根據美國航天局約翰遜航天中心資料,目前,地球周圍有近12.5億顆太空碎片,大小自1毫米至數十厘米不等。這些太空碎片每秒飛行速度7公裡至8公裡,甚至10公裡至15公裡,相當于子彈速度10倍以上,對太空飛行器造成一定威脅。鮮有人知的是,大部分太空碎片來自冷戰時期的美蘇反衛星試驗。碎片彼此相撞會也會産生新的碎片(這種碎片被稱作二次碎片)。

太空碎片分布動态示意圖
目前空間碎片數量還在快速增加,按照這種速度發展下去,人類将很難找到沒有太空碎片的軌道。清理太空碎片勢在必行!為此,各主要航天強國也都紛紛開展空間碎片清除研究,我國也不例外。
據新華社報道,2021年10月24日9時27分,我國在西昌衛星發射中心用長征三号乙運載火箭,成功将實踐二十一号衛星發射升空。衛星順利進入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。
實踐二十一号衛星,主要用于空間碎片減緩技術試驗驗證。
<h1 class="pgc-h-arrow-right" data-track="22">那麼什麼是“空間碎片減緩技術”?</h1>
說白了,就是通過技術手段,将使得外太空碎片減速,進而墜入地球大氣層燒毀的技術。
具體來說,“空間碎片減緩技術”有這幾種方法:
1、電磁方法:電動力繩索、磁帆用磁力吸附的方式收集空間碎片,達到一定量以後其推入大氣層燒毀。
2、捕捉方法:以飛網、飛爪、機械臂捕捉太空碎片的方式,将太空碎片集中收集,最終将其推入大氣層燒毀。
3、動量交換方法:給體積較大的太空碎片安裝太陽帆、增阻裝置,利用太空中仍然存在極其稀薄空氣給太空碎片減速,或者以太陽帆産生微動力給太空碎片減速,加速其軌道下降,進而墜入大氣層燒毀。
4、遙方法:例如采用高能雷射産生微小動力清除微小碎片。
高能雷射清除太空碎片示意圖
5、改變材料屬性或材料狀态:通過高能微波加熱使其氣化或者釋放氧化劑,點火後将其燒毀。
上述5種方法中,第2、第3種方法都比較适合用于清除體積、品質較大的空間碎片。其餘三種方法适合清除微小空間碎片,當然最好的辦法還是采用高能雷射予以清除。
2016年6月25日,我國借長征7号運載火箭首飛成功發射了“遨龍一号”技術試驗衛星。
“遨龍一号”空間碎片主動清理飛行器
“遨龍一号”是一台空間碎片主動清理飛行器,它的獨特之處就在于它的機械臂:這款機械臂可以抓取廢棄衛星和太空碎片,并具有将它們帶到大氣層燒毀的能力。“遨龍一号”的機械臂系統充分融合了仿生學、機械、電子控制等多學科技術,具備定點停留和不斷跟蹤繞行目标碎片的能力,既可以讓前端保持抓取的靈活性,也可以後端則盡量在抓取過程中保持大的活動空間。
<h1 class="pgc-h-arrow-right" data-track="20">那麼此次“實踐二十一号”技術試驗衛星究竟會驗證哪些“空間碎片減緩技術”呢?</h1>
分析之後,有了重大發現!
根據“中國運載火箭技術研究院”官方網站公布的資料顯示,“長征三号乙”(CZ-3B)是由中國運載火箭技術研究院(簡稱“火箭院”)抓總研制的一種高軌道大推力運載火箭,它是以長征三号甲火箭為芯級,在其一子級上捆綁了四枚助推器,主要用于發射地球同步轉移軌道衛星,亦可進行一箭多星發射或其它軌道衛星的發射。
“長征三号乙”運載火箭
簡而言之,這款火箭根本就不是用來發射低軌衛星的,而是用來發射高軌衛星。是以,本次發射的“實踐二十一号”衛星顯然就是一顆高軌衛星!
根據衛星運作的高度,衛星軌道分為:
1、低軌道:衛星飛行高度小于1000公裡;
2、中高軌道:衛星飛行高度在1000公裡到20000公裡之間;
3、高軌道:衛星飛行高度大于20000公裡。
中國空間技術研究院副院長、空間碎片行動計劃首席專家曾在回答記者時表示:“2000千米以下的近地軌道、2萬千米高度的中軌道和3.6萬千米高度的地球同步軌道是空間碎片的集中分布區。”
其中位于高軌道的空間碎片主要是失效衛星殘骸,屬于大體積、大品質“空間碎片”。對于這種大體積、大品質“空間碎片”,最好的清除辦法一般是采用上文提到的第2種方法,即捕捉方法。
這種方法可以采用飛網、飛爪或機械臂的方式将其收集在一起,最終将其拖入地球大氣層燒毀。
由此可見,“實踐二十一号”技術試驗衛星至少具備以飛網、飛爪或機械臂捕捉太空碎片的能力!
由于此前“遨龍一号”技術試驗衛星就已經驗證了機械臂捕捉太空碎片的方法,是以,此次“實踐二十一号”技術試驗衛星不大可能用于驗證機械臂捕捉太空碎片,更有可能是驗證太空飛網捕捉太空碎片的能力!
飛網捕捉廢棄衛星示意圖
想要做到這點,就要求“實踐二十一号”技術試驗衛星具有很強的變軌能力,能夠精确控制,接近任何高軌“空間碎片”,最終将其捕獲。
目前尚不清楚,除了驗證第2種空間碎片清除措施之外,“實踐二十一号”技術試驗衛星是否還會驗證第4種方法,即高能雷射定向清除方法。
當然,這種衛星平時可以用來捕捉“太空垃圾”,戰時也是可以用來捕捉對我國有危害的受控“太空垃圾”。作為愛好和平的國家,我們希望這種衛星永遠也不要用于軍用!