人類產(chǎn)生的太空垃圾這么多。如何才能減少空間碎片的碰撞風(fēng)險(xiǎn)？

隨著人類將視野擴(kuò)展到地球以外，并開始考慮延長持續(xù)時(shí)間的空間任務(wù)，可持續(xù)性需要發(fā)射更多的航天器，從而增加與現(xiàn)有空間碎片太空垃圾相撞的風(fēng)險(xiǎn)。清除這些殘骸碎片的一種方法是用“拖車拖曳”將其拖到安全區(qū)域。在《歐洲物理雜志》上發(fā)表的一篇新研究論文中，來自巴西巴伊亞州費(fèi)拉德桑塔納州立大學(xué)的科學(xué)家對(duì)“拖車拖曳”清理空間碎片的復(fù)雜會(huì)合動(dòng)作進(jìn)行了模擬。

以降低碰撞的風(fēng)險(xiǎn)，碰撞可能在耦合的時(shí)刻造成無法彌補(bǔ)的損害。正如研究作者指出的那樣，太空任務(wù)發(fā)生在一個(gè)由大約3600顆人造衛(wèi)星組成的環(huán)境中，其中不到三分之一的衛(wèi)星正在運(yùn)行。非運(yùn)行單元容易泄漏、爆炸和碎裂，進(jìn)一步散落在地球周圍地區(qū)-特別是在低地球軌道(LEO)。一次碰撞不僅會(huì)造成無法彌補(bǔ)的損害，還會(huì)產(chǎn)生更多的空間碎片，可能會(huì)阻礙進(jìn)一步的任務(wù)。

這使得清理這些殘骸的拖曳操作變得可取，但也很危險(xiǎn)。研究了如何使用推進(jìn)系統(tǒng)來控制圍繞地球進(jìn)行會(huì)合機(jī)動(dòng)中物體的相對(duì)速度和位置。這種操作要求拖曳和碎片在連接時(shí)刻的速度和相對(duì)位置為零。de Jesse和Santos通過多變量張量方程的解檢查了這些操作參數(shù)，發(fā)現(xiàn)空間碎片拖曳工具的相遇機(jī)動(dòng)可以在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，而且由于同時(shí)使兩個(gè)物體的速度和相對(duì)最終位置為零而產(chǎn)生同步。

當(dāng)然，空間物體之間的成功連接可以應(yīng)用于更多情況，而不僅僅是空間碎片的移動(dòng)。連接飛行器可能成為可持續(xù)長期太空任務(wù)發(fā)展的重要組成部分。航天器容易與空間碎片相撞，隨著發(fā)射率的不斷增長，發(fā)生災(zāi)難性事故的可能性也在增加。緩解措施包括派遣拖車，試圖捕捉碎片并將其帶到大氣拖曳活動(dòng)區(qū)域。交會(huì)機(jī)動(dòng)需要安全操作，考慮到在車輛之間耦合的時(shí)刻，在SpaceClean的操作中，以及其他操作中發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

完美的交會(huì)是在相對(duì)速度和位置為零的情況下完成，但這一條件需要以足夠的技術(shù)精度來實(shí)現(xiàn)。在這項(xiàng)研究中，通過求解一個(gè)多變量方程，找到了同時(shí)和最小時(shí)間交會(huì)機(jī)動(dòng)的條件和推進(jìn)技術(shù)參數(shù)。

博科園｜研究/來自：Springer

參考期刊《歐洲物理雜志》

DOI: 10.1140/epjst/e2020-900194-x

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)