太空碎片難題何解？薄膜離軌帆有望成解決之道

　中新社珠海11月12日電 (惲衛(wèi)東 郭超凱)在第十四屆中國(guó)航展上，一款形似“風(fēng)箏”造型的產(chǎn)品吸引了不少觀眾駐足。這款名為“低成本通用接口商業(yè)衛(wèi)星離軌裝置”的產(chǎn)品(以下簡(jiǎn)稱(chēng)薄膜離軌帆)，有望成為處理太空碎片的解決之道。

　　太空碎片何去何從？

　　隨著人類(lèi)探索太空活動(dòng)日趨頻繁，空間碎片的形勢(shì)已十分嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前地球軌道上因人類(lèi)航天活動(dòng)產(chǎn)生的空間碎片總數(shù)量達(dá)上億個(gè)，總質(zhì)量高達(dá)數(shù)千噸，包括航天發(fā)射過(guò)程中的拋棄物、壽命末期的人造衛(wèi)星以及空間物體之間的碰撞產(chǎn)生的碎塊等。

　　為減緩空間碎片的增長(zhǎng)，保證未來(lái)空間活動(dòng)的可持續(xù)開(kāi)展，發(fā)展和應(yīng)用以薄膜離軌帆為代表的空間碎片減緩技術(shù)逐漸成為國(guó)際熱點(diǎn)。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，薄膜離軌帆是一種配置在航天器上的可實(shí)現(xiàn)自主展開(kāi)的薄膜結(jié)構(gòu)；“風(fēng)箏”造型是其展開(kāi)狀態(tài)，收攏后的狀態(tài)僅為展開(kāi)狀態(tài)的1/200，大概只有手掌般大小。

　　在隨航天器發(fā)射入軌時(shí)，薄膜離軌帆呈收攏狀態(tài)，等到航天器“壽終正寢”，帆面解鎖指令啟動(dòng)，薄膜帆面展開(kāi)，輕薄的帆面增加了航天器的迎風(fēng)面積，航天器就像配了一把“降落傘”，逐漸減緩在軌道上的運(yùn)行速度，并脫離軌道墜入大氣層。

　　以一顆700公里高度15公斤級(jí)衛(wèi)星為例，若無(wú)離軌措施，衛(wèi)星壽命結(jié)束后還將占據(jù)軌道時(shí)間長(zhǎng)達(dá)120年；如配置展開(kāi)面積為2平方米的薄膜離軌帆，可將在軌時(shí)間縮短至10年以?xún)?nèi)。值得一提的是，利用薄膜離軌帆實(shí)施離軌，無(wú)需消耗燃料，即使是在航天器發(fā)生故障失控的情況下，僅需少量電流即可實(shí)現(xiàn)薄膜帆展開(kāi)，可有效解決失控航天器的離軌需求。

　　薄膜離軌帆讓航天器優(yōu)雅落幕

　　作為當(dāng)今國(guó)際航天領(lǐng)域的前沿技術(shù)之一，薄膜離軌帆產(chǎn)品是中國(guó)航天科技集團(tuán)八院805所空間結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)由預(yù)研成果向工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化的成功實(shí)踐。

　　記者了解到，圍繞該項(xiàng)技術(shù)的研究，805所已進(jìn)行了十余年的相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，目前已研制出系列化、標(biāo)配化的薄膜離軌帆產(chǎn)品，可涵蓋幾公斤微納航天器直至數(shù)噸級(jí)大型航天器的離軌需求。

　　2019年9月，中國(guó)首套微納衛(wèi)星標(biāo)配式離軌帆——“金牛座”離軌帆在軌成功展開(kāi)，當(dāng)時(shí)的離軌帆展開(kāi)面積僅2.25平方米，但取得了顯著的離軌效果。隨后，805所又為“齊魯四號(hào)”“佛山一號(hào)”“天樞一號(hào)”“金紫荊二號(hào)”等多顆商業(yè)衛(wèi)星配套了離軌帆，成功實(shí)現(xiàn)了薄膜離軌帆產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。今年發(fā)射入軌的運(yùn)載火箭載荷艙離軌帆，則進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了展開(kāi)面積增加10余倍的技術(shù)跨越，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)中大型航天器及運(yùn)載火箭入軌艙段增阻離軌能力的空白。

　　由于薄膜離軌帆帆面展收比高，展開(kāi)過(guò)程中變形量大，這給研制工作帶來(lái)了極大難度。為實(shí)現(xiàn)更大的展開(kāi)面積，離軌帆采用的薄膜材料極為纖薄，厚度不足頭發(fā)絲直徑的十分之一，通過(guò)精確折疊設(shè)計(jì)和高密度壓緊，帆面能夠收納成極小體積，借助先進(jìn)的彈性展開(kāi)機(jī)構(gòu)，完全展開(kāi)狀態(tài)下帆面面積可達(dá)幾十至上百平方米。

　　目前，805所已成功研制出多款輕量化、高展收比薄膜離軌帆產(chǎn)品，可加裝至各類(lèi)成熟的航天器而不占用平臺(tái)自身包絡(luò)，讓航天器完美登場(chǎng)、優(yōu)雅落幕，助力中國(guó)在空間碎片減緩領(lǐng)域積極作為、彰顯航天大國(guó)責(zé)任擔(dān)當(dāng)。(完)