“膜航天器”太空碎片移除技术获得NASA第二轮资助

太空与网络 · 公众号 · 民航 · 2017-09-19 20:57

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近期，美国航空航天公司的“膜航天器”项目获得“NASA创新先进概念”（NIAC）计划的第二轮资助。“膜航天器”是一种新概念航天器，可提供一种低成本的用于移除太空碎片的解决方案，而且具有深空探测的应用潜力。

项目简介

“膜航天器”为正方形，边长约1米，厚度不到头发丝的一半（约35微米），质量不足50克。该航天器由超薄太阳能电池和极少的推进剂驱动，重量极轻、机动性强、燃料效率高。“膜航天器”能够收缩变形，在接近太空碎片时，可随碎片形状收缩变形并将其包裹起来，随后将其拖曳进入大气层，最终太空碎片和收集器在再入大气层过程中焚毁。

本轮NIAC资金将为“膜航天器”的实验室演示验证提供为期两年的资助。研究人员计划概述如何研发这项技术以及采用何种制造技术。除了移除太空碎片，该技术还可能有助于减轻其他卫星的重量。

项目特点

弹性化设计

“膜航天器”的超薄结构使其难以防护自身的电子器件免受辐射甚至微陨石侵害。美国航空航天公司的研究员齐格弗里德·詹森表示，该航天器必须具备“防弹”能力，因为直径5微米的粒子就能穿透厚度只有10微米的主结构层。

因此，“膜航天器”采用弹性化设计，使用多个备用部件来进行建造，集成冗余的微电子和其他数字技术。如果某个太阳能电池遭到微陨石撞击，那么只有该电池失效。微处理器和数字电子器件也是如此，如果一个器件失效，其他备用器件仍将保持运行。即使是夹在两个薄层之间的推进剂槽，也被分成多个部分；如果发生微陨石撞击或短路事故，其他部分将继续运行。

防辐射

由于该航天器很薄且大部分商业电子器件无法承受严酷的太空条件，辐射是其面临的另一个挑战。该公司可在NIAC的资助下研究如何在短暂的部署期间提高抗辐射性。

部署及运行

“膜航天器”不仅重量轻、燃料消耗低，而且容易堆叠以便搭乘运载火箭进入太空，并将以集群方式部署，能被组织起来协同运作或单独运作，每个“膜航天器”都被定向到不同太空碎片的具体坐标，这些坐标可以随意修改。美国航空航天公司计划高频率地发射航天器，同时部署多个，进一步降低成本。

应用前景

移除太空垃圾

NASA声称，正在跟踪约2万个直径10厘米左右的太空碎片；同时，地球周围还存在至少50万个弹珠大小的太空碎片，并且人们认为有千百万个微小碎片围绕地球高速运行，这些微小碎片无法被探测到，但仍能对航天员构成威胁。初步估算显示，1平方米的“膜航天器”可移除质量约2千克的太空碎片，未来“膜航天器”面积还可扩大至数千平方米，以进一步增强太空碎片移除能力。美国航空航天公司表示，如果部署足够多的“膜航天器”，在10年之内，每个可被探测到的0.9千克或更轻的太空碎片都能从轨道上移除。

深空探测

“膜航天器”机动能力强，可用于执行“火卫一”、“火卫二”和月球等多种深空探测任务。因推重比高，“膜航天器”只需携带少量推进剂就可进行远距离航行，其携带的推进剂足够其从近地轨道飞往“火卫一”着陆，再返回近地轨道。

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