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[专题专项] 太空清道夫:2018年薄膜帆低成本离轨演示技术验证

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wsl20005 发表于 2017-11-9 17:27 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层 |阅读模式
太空垃圾怎么除?上海航天研制的这位“清道夫”要从源头抓起
上海观察11-0917:18
相比于利用大型航天器对空间碎片实施抓捕和拖拽离轨等复杂操作,薄膜帆离轨任务流程简单、技术成熟度高,以不到航天器研制成本5%的代价,提供了有效的离轨手段。

薄如蝉翼,轻如鹅毛。但一旦伸展,可以迅速将报废的航天器带离轨道,坠入大气层化为尘埃。正在举行的中国工博会上,上海航天的展台上,一张展开的薄膜帆,学名“低成本薄膜帆式离轨标配装置”,或将成为解决太空垃圾的“神器”。

展台上的低成本薄膜帆式离轨标配装置。


随着商业航天日益发展,太空轨道资源日趋成为竞相争夺的战略资源。由于“太空垃圾”的危害,对飞行器而言,地球周围的环境日益恶劣,太空资源的长期可持续性开发利用受到了严重威胁。“目前,在地球轨道上产生了越来越多的空间碎片,它们或来自废弃航天器、火箭残骸,或来自爆炸解体碎片。空间碎片一般会在轨道上残留数百年甚至更长时间,数量急剧扩增的事实大大降低了未来可利用的轨道空间,同时也增大了发生碰撞的概率。”上海航天技术研究院805所专家恽卫东告诉记者。
空间碎片平均撞击速度每秒10公里,因此厘米级碎片产生的动能就相当于一辆小轿车以五六十公里的时速撞上卫星,其危害可想而知。由于这些碎片速度比较快,各种尺寸的碎片都会对航天器造成危害,较大碎片撞击会使航天器破裂、爆炸、结构解体,微小碎片累积效应会改变元器件的性能,导致航天器性能下降或功能失效。
据相关研究,1毫米的空间碎片可破坏卫星子系统,1厘米的空间碎片可能使卫星报废,而10厘米的空间碎片则可能将卫星碰撞解体。目前在轨的1厘米以上空间碎片数目已超过500000个,10厘米以上的空间碎片也接近22000个,其安全威胁已相当显著。而另一方面,近年来小卫星的发展呈现井喷态势,未来五年即将入轨的小卫星数以千计,但由于其寿命短、可靠性低,必将大幅增加空间碎片数量,对空间环境造成重大影响。
如何有效治理太空垃圾成为各国科学家的共识。
美国进行了“激光扫帚”试验,主要目标是清除国际空间站轨道上对其构成威胁的尺寸为1到10厘米的空间碎片。激光主动清除方法可快速处理对空间站构成威胁的碎片,减少对空间站正常运行的干扰,降低碰撞概率。但是该方法能源消耗大,探测范围小,探测距离短,无法长时间开机对空间站周围进行实时监测。
经过多年研究,上海航天技术研究院805所提出“太空清道夫”概念,研发了低成本薄膜帆式离轨标配装置,从源头上解决太空垃圾的产生。恽卫东说,利用薄膜结构大展收比的特点,设计收拢状态约1U(10cm×10cm×10cm)规模的标准化离轨模块,安装在未来的航天器上,在航天器寿命结束后启动,展开大面积薄膜帆面,利用低轨稀薄大气阻力,加速航天器轨道衰减,从而大幅缩短废弃航天器的轨道滞留时间,从源头上减缓空间碎片严峻形势。

采用先进柔性展开技术的薄膜帆,其尺寸易于拓展,从几平米到几百平米均可实现,这样,对于不同规格、不同轨道的航天器,都能达到理想的离轨效果。薄膜帆收拢体积小,就像汽车的安全气囊一样,今后有望成为航天器的“标配”,在航天器正常运行期间,感觉不到它的存在;一旦航天器出现不可修复的故障或寿命到期,它可以迅速展开,实施快速离轨。专家告诉记者,相比于利用大型航天器对空间碎片实施抓捕和拖拽离轨等复杂操作,薄膜帆离轨任务流程简单、技术成熟度高、以不到航天器研制成本5%的代价,提供了有效的离轨手段。
“薄膜帆”类空间展开结构是805所主要研究方向之一,已经历近十年的预研攻关积累,完成了产品地面展开试验、平面度测试、模态测试等项目攻关,计划于2018年实现在轨演示验证,全面验证薄膜帆式低成本离轨技术。

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zhh894217 发表于 2017-11-10 10:28 | 显示全部楼层

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馄饨 发表于 2017-11-10 19:06 | 显示全部楼层
这个在多高的轨道上用才有意义呢?1000km以上的轨道应该也没什么效果吧?
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喵科动物 发表于 2017-11-15 11:48 | 显示全部楼层
支架展开?跟气球展开哪个好
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