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再利用、再入、延寿、净化,四位一体“太空环境治理体系”建设,让空间科学发展更可持续
来源:八院   日期:2022/11/11

随着人类航天活动的日益增多,太空环境也正逐渐变得“拥挤”,航天发射过程中的抛弃物、寿命末期的人造卫星以及空间物体之间的碰撞产生的碎块……越来越多的“太空垃圾”在地球轨道上“不断积聚、恣意游荡”。据统计,目前地球轨道上因人类航天活动产生的空间碎片总数量达上亿个,总质量高达数千吨。它们并非静止不动,而是在以极快的速度飞行,不仅占据了宝贵的轨道资源,还对在轨正常运行航天器构成了极大威胁,使航天器与太空碎片相撞的概率大大增加。

为有效减缓空间碎片的增长,保证未来空间活动的可持续开展,中国航天科技集团有限公司第八研究院首次在第十四届中国航展提出了一套基于“再利用、再入、延寿和净化”四位一体的“太空环境治理体系”建设理念,并设立“有效太空治理”主题展区,展出了可用于“延寿”的补加服务飞行器和用于“净化”的离轨帆,相关技术成果均已得到成功实践与应用。

“再利用”——延续使命、物尽其用

通常来说,运载火箭的末子级会在助力载荷入轨后分离,成为废弃在轨道上的太空垃圾。但通过将末子级加以利用,加装独立的能源、通信和控制模块,就可以让其变成一个完整的载荷搭载平台,利用火箭末子级所处的轨道开展环境适应性验证和相关探测,从而进一步发挥运载火箭留轨舱段的综合效益。20223月,长征四号丙运载火箭搭载末子级验证系统,成功利用完成主任务的末子级构建搭载平台并开展一系列技术验证。

“再入”——燃烧自我、再入地球

对于那些已经超过服役寿命、因故障失去控制的航天器,包括火箭的末子级来说,在完成使命后可以通过实施降轨再入大气层、自行焚毁,避免产生太空垃圾。2019719日,“天宫二号”空间实验室受控离轨再入大气层,仅有少量残骸落入南太平洋的预定安全海域,完成使命并实现了优雅落幕。

“延寿”——在轨补加、延寿运行

对于一部分卫星来说,“生命结束”并非自身故障所致,而是携带的燃料不足,随着燃料的耗尽,卫星无法继续实现姿态控制、轨道维持等功能,不得不选择进入大气层焚毁,或变成太空垃圾,也就是说,燃料的储备直接决定着一颗卫星的寿命。20174月,我国成功突破“太空加油”技术,意味着通过在轨燃料补加可实现为寿命末期的卫星延寿的能力。此次参展的“补加服务飞行器”,就可用于为燃料耗尽的卫星提供燃料补加服务,是可延长卫星使用寿命的“移动加油站”。在接到补加服务请求后,补加飞行器将通过地面发出指令前往待补加卫星的附近,利用机械臂与目标连接形成组合体,接通补加管路后为目标卫星补加燃料。

“净化”——主动离轨、自行净化

对于轨道高度在600公里以下的微小卫星,目前可以采用“离轨帆”装置来实现任务后的空间碎片自主清理,这是一种高效、可靠、便捷、经济的方式。本次参展的“低成本通用接口卫星离轨装置”(简称“离轨帆”),是一种空间展开薄膜结构,收拢状态小巧,与卫星一同入轨,在卫星寿命末期展开,通过展开的“帆面”增大受力面积,借助大气稀薄的阻力缓慢降速,最终被地球引力拖入大气层焚毁,让出宝贵的轨道资源。如今,离轨帆技术凭借其成本低、技术程度高、可适用不同规格卫星等优点,正成为最易推广应用的空间碎片减缓技术之一。

当前,太空环境治理得到了越来越多国家的关注与重视,航天科技集团八院将持续统筹推进空间环境治理体系建设与应用,为空间碎片减缓和治理做出积极贡献。

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