美國用傳感器研究太空微垃圾尋找更安全軌道

作者： 2017年12月08日來源：全球化工設備網瀏覽量：

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美國電影《地心引力》把太空垃圾的風險戲劇化了。盡管漂浮的扳手和斷裂的火箭部件可能對宇宙飛船造成最致命的威脅，但大多數軌道碎片實際上都是小得多的——想象一下油漆斑點和破碎

美國電影《地心引力》把太空垃圾的風險戲劇化了。盡管漂浮的扳手和斷裂的火箭部件可能對宇宙飛船造成最致命的威脅，但大多數軌道碎片實際上都是小得多的——想象一下油漆斑點和破碎的衛星碎片。現在，美國宇航局(NASA)希望利用太空碎片傳感器(SDS)更多地了解環繞地球軌道運行的塵埃大小的微碎片的情況，該傳感器計劃于近日由太空探索技術公司發射的貨物飛船運送至國際空間站。

在國際空間站的一扇窗戶上發現的一塊7毫米寬的小碎片。圖片來源：ESA/NASA

　　利用地面雷達，美國空軍正在持續追蹤約2.3萬件比棒球大的空間碎片，從而使人造衛星操作者可以通過機動避免與之發生碰撞。但是Brian Weeden說，人們對于更小的空間碎片知之甚少。他是華盛頓哥倫比亞特區的一個非營利性組織安全世界基金會的項目規劃主任。

　　Weeden說，SDS將研究高速運動的小于1毫米的物體，它們仍然會造成真正的傷害。他說：“如果一顆衛星在軌道上運行10年或15年，那么這些小擦傷就會通過破壞傳感器或磨損材料從而對衛星產生影響。”

　　NASA之前曾通過檢查航天飛機的窗戶和散熱器來研究微碎片，這些微小的沖撞使返回地球的航天飛機產生了凹痕。“一次詳細的地面檢查可以估算出撞擊它的物體的大小，但是你從中能得到的信息是有限的。”Joseph Hamilton說。他是軌道碎片科學家，也是位于得克薩斯州休斯敦的約翰遜航天中心的SDS首席研究員。

　　在安裝到國際空間站后，新的傳感器將能夠更好地處理真實的微碎片信息。SDS上的1平方米探測器包含一層嵌入在細線網中的薄薄的傳感器。當微碎片撞擊到SDS的表面時，它會破壞許多此類的電線，這與顆粒的大小有關。對于下方傳感器層的破壞為摸清顆粒的速度和軌跡提供了信息。后面的背板將測量撞擊的強度，從而幫助科學家估計物體的密度。

　　有了這些數據，科學家就可以確定這些微碎片的軌道，從而為它們的來源提供線索。例如，一條橢圓軌道表明，一個顆粒是一種天然的微流星體；而一條圓形軌道則意味著它可能是從一顆人造衛星上掉下來的。

　　通過對微碎片數量的精確估計，科學家可以推斷并更好地預測大于1毫米且小于10厘米的物體的數量。Hamilton表示，這些物體會對宇宙飛船造成更大的傷害，但卻由于太小而無法被雷達所跟蹤。

　　SDS將在國際空間站距離地球表面約400公里的軌道上運行，它被認為是一項技術的演示。如果獲得成功，未來的任務可能是在距離地球表面700公里至1000公里范圍的高度上研究微碎片，這是一個更加擁擠的空間，但對它的了解卻很少。這些發現可以幫助人造衛星設計人員開發出更好的防護罩，而改進的微碎片數量模型則可以幫助他們找到一條空間塵埃并不構成大威脅的軌道。

　　一些公司已經嗅到了研究太空垃圾的機會。位于新加坡的一家私人衛星服務公司Astroscale開發了一顆22公斤的微型衛星“IDEA OSG 1”，用于研究那些更高的(600公里至800公里)太空碎片。11月28日，Astroscale成為俄羅斯聯盟號火箭發射的多顆人造衛星之一，然而該火箭未能到達預定軌道，據估計此次發射已經失敗。在發射前，Astroscale首席運營官Chris Blackerby在日本東京表示，該公司正在尋求機會，通過與政府機構或私人組織的協議，分享衛星收集到的數據。Astroscale沒有回應有關俄羅斯火箭發射失敗的評論。

　　空間碎片是宇宙空間中除正在工作著的航天器以外的人造物體，包括運載火箭和航天器在發射過程中產生的碎片與報廢的衛星、航天器表面脫落的材料、表面涂層老化掉下來的油漆斑塊；航天器逸漏出的固體、液體材料；火箭和航天器爆炸、碰撞過程中產生的碎片。

　　太空垃圾一般在高300公里至450公里的近地軌道上以每秒7至8公里的速度運行，而在36000公里高度的地球靜止軌道上則以每秒3公里的速度運行。根據軌道傾角，碰撞時的相對速度甚至可以達到每秒10公里以上，因此具有巨大的破壞力。太空垃圾若與運行中的人造衛星、載人飛船或國際空間站相撞，會危及到設備甚至宇航員的生命。據計算，一塊直徑為10厘米的太空垃圾就可以將航天器完全摧毀，數毫米大小的太空垃圾就有可能使它們無法繼續工作。太空垃圾也因此成為了國際問題。

　　(原文標題：美用傳感器研究太空微垃圾有助設計更好防護罩尋找更安全軌道)

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