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75 万片太空垃圾围着地球转!看专家如何应对它们

  2020年08月20日  

  每当黄昏降临,位于德国斯图加特的物理技术研究所,就会用起他们的顶级天文望远镜。虽然这时太阳光仍能照射到地球的低轨道环线,但光线已经暗到足够在地面上有效地使用望远镜了。

  您应该不知道,在这个时间段,反射一天最后的光线的,正是几十年的太空探索产生的大量碎片残骸。

  科学家们能够根据海拔和方位角来追踪它们,比如利用德国航空太空中心开发的距离测量技术来确定碎片在数米范围内的轨迹。该技术是基于激光从地面行进到碎片再返回地面需要的时间。

太空垃圾 被低估的危险

  斯图加特的研究人员具有大量的研究目标。据估计,约有 750,000 件物体在各种海拔上绕地球轨道运动,从几厘米的小物体到几吨重的故障卫星。

  那些海拔 2000 公里以上的靠近地球运行的大于 10 厘米的物体存在很大问题。迄今为止,国际上已经发现了大约 17,000 个大于 10 厘米的物体。据估计,这些较大物体的碎片总数有 28,000个。

  造成这种规模的太空碎片如此泛滥,是近些年使用的地球低轨道商业卫星和载人航天飞行。即使是最小的碎片也有可能损坏卫星的太阳能电池,碎片以每秒 8 公里的速度行进,如果撞到太空中的宇航员,可能会造成致命的后果。

  国际空间站船体的设计仅能抵抗 1.4 厘米大小的空间碎片的冲击,如果有较大碎片的冲撞,又没有足够的时间进行回避调动的话,机组人员的唯一选择是通过联盟号逃生舱撤离,并放弃 1000 亿欧元的太空站。

太空垃圾 移动监控站网络

  为了避免发生这类事情,德国航空太空中心的技术物理研究所正在开发一种基于激光的地面站技术。这个概念有一个很大的优点——用激光传播时间测量来探测太空垃圾,比通常的雷达检测方法便宜 90%。但是,它也有一个缺点——非常依赖与垃圾的视觉接触,因此需要适合的天气条件。

  如果要向卫星运营商和国际空间机构提供精确的投影轨迹,就需要密集的监控站网络。总有地方天气是好的,获得最大的天空覆盖面也会提高投射的质量。首先要为天文学家找到具有最佳条件的地点,如加那利群岛、智利和夏威夷。

item 防护罩 保障监控站安全

  为了填补监控地图上的空白位置,监控站要设计为可运输结构。所有必需的设备都要放进带集成电源的 20 英尺集装箱,一个移动监控站的重量几乎达到 1000 公斤。到达部署地点后,集装箱的顶部会被打开,并且通过安装在内部的双重望远镜提供天空的无限制视图。不仅有发射激光的望远镜,还有 17 英寸的接收返回激光的望远镜。

  激光器本身位于双重望远镜底座下面的一个盒子中,并通过倾斜的焦点直接连接到变送器。箱体和底座防护体共同屏蔽来自外界的激光束,确保高频激光器能够使用,同时还不对脉冲能量有任何限制。

  盒子内部由型材 8 系列 40x40 轻型、黑色和黑色阳极氧化处理的铝面板元件制成,其中的高精度激光束已经对准,所以这个区域必须始终确保完全没有灰尘。

最大限度 避免新太空垃圾

  防护罩因为有 item 提供的专门配件,所以激光不能穿过,因此满足了两个关键需求。首先,它可以保护激光不受到天气、温度波动过大和灰尘等外界影响。其次,它可以保护周围人群,确保其免受激光束的分散和反射。模块化的设计,允许随时对各个元件进行修复和改进,在使用光机械系统时具有非常大的灵活性。

  从长远来看,高成本效益的监测站网络可以在防止新太空垃圾的产生中发挥重要作用。当利用准确的投影轨迹工作时,卫星操作者将能够及时进行回避调动。轨道上的每个相当大的碰撞都会增加多米诺骨牌效应的风险,从而产生更多的碎片。

  在规划新的任务和防止碰撞时,越多的时间和精力投入到避免太空垃圾上,这个问题就越容易被遏制。一旦到达临界点,就必须开发昂贵的新工艺来清理地球周围遍布垃圾的低轨道。直到垃圾清理之前,整个地区将无法进行太空飞行。

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