蘇琳

1957年，全球第一顆人造衛(wèi)星進(jìn)入太空；1969年，阿姆斯特朗在月球上邁出“人類的一大步”。近百年來(lái)，科學(xué)家一直在探索如何向宇宙發(fā)射更多人造衛(wèi)星、探測(cè)器、航天飛機(jī)甚至整個(gè)空間站。而諸如SpaceX、Blue Origin在內(nèi)的商業(yè)公司也在積極開拓太空這一仍然充滿無(wú)數(shù)未知的領(lǐng)域。

然而，由此產(chǎn)生的一個(gè)負(fù)面結(jié)果是：人類截至目前似乎還不擅長(zhǎng)讓這些航天器回到地球，而是任其在太空中飄蕩，變成太空垃圾。

雖然這些太空垃圾聽起來(lái)離我們很遠(yuǎn)，但實(shí)際上，當(dāng)你的導(dǎo)航失效或者乘坐的飛機(jī)無(wú)法精確定位而只能于天空盤旋時(shí)，這些糟糕體驗(yàn)的罪魁禍?zhǔn)?，很可能就源于一塊撞上衛(wèi)星的太空垃圾碎片—高速運(yùn)動(dòng)的垃圾足以給工作中的衛(wèi)星帶來(lái)致命傷。

但如何清理這些航天器遺留下來(lái)的太空垃圾，至今仍是個(gè)難題。總部位于美國(guó)洛杉磯的非盈利機(jī)構(gòu)航天航空公司（Aerospace Corporation）提出了一種解決方案，它正在開發(fā)一款超薄太空飛船，能夠包裝、清理太空中的碎片。

這個(gè)名叫“膜飛船”（Brane Craft）的新型航天器由美國(guó)航天航空公司的首席研究員、高級(jí)科學(xué)家Siegfried Janson主持研發(fā)。

它占地僅約2平方米，厚度約10微米，還不到人類頭發(fā)直徑的一半。從外觀上看，膜飛船猶如一條具有彈性的“飛毯”。“這樣的設(shè)計(jì)讓它擁有輕巧、靈活機(jī)動(dòng)、省油的優(yōu)勢(shì)。”Janson說。

將太空垃圾包裹在內(nèi)，降低飛行高度，進(jìn)入大氣層燒毀，一艘膜飛船就完成了它的使命。根據(jù)Janson的介紹，膜飛船可以登陸任何近地小行星、主帶小行星，或是火星、金星的軌道，在完成任務(wù)后返回。并且，它還可以在無(wú)需推進(jìn)器的情況下多次往返月球和地球。

不過，它也存在一定局限。太空中的輻射是膜飛船面臨的一大挑戰(zhàn)。由于商業(yè)電子器件的輻射容忍度較低，一般難以承受太空的惡劣條件。

另外，因?yàn)槟わw船的厚度基本可以忽略不計(jì)，它的材質(zhì)必須是“防彈級(jí)別”的。盡管如此，對(duì)太空中常常遇到的巨大沖擊來(lái)說，這個(gè)結(jié)構(gòu)約等于二維形態(tài)的航天器，還是顯得有些脆弱。

對(duì)此，研發(fā)人員為膜飛船添置了許多“候補(bǔ)設(shè)備”。膜飛船會(huì)借助超薄太陽(yáng)能電池和少量的燃料獲得動(dòng)力；太陽(yáng)能電池采取分離設(shè)計(jì)，使得一個(gè)電池的損壞不會(huì)輕易影響到這個(gè)飛船的運(yùn)行，燃料箱也被分隔成了多個(gè)。

飛船上還搭載了很多備用微型處理器，覆蓋在表面的電子外殼也有很多個(gè)，研究人員甚至還將存儲(chǔ)在夾層中的推進(jìn)器分設(shè)在兩個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)存器里。為了防止出現(xiàn)微小隕石撞擊或者短路，幾乎所有部件都做了獨(dú)立設(shè) 計(jì)。

由于航天器本身的燃料存儲(chǔ)空間有限，一架膜飛船僅能捕獲0.9千克重的物體。所以這款飛船在投入使用后會(huì)頻繁發(fā)射，且可能實(shí)現(xiàn)在單一火箭上搭載多個(gè)航天器，從而加大垃圾捕獲量，同時(shí)也可縮減成本，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提供的數(shù)據(jù)，地球的軌道上“承載”著超過50萬(wàn)件太空垃圾，其中包括損壞或銷毀的航天器碎片和宇宙本身的隕石等。這個(gè)數(shù)字每年還在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

NASA軌道碎片研究方面的首席科學(xué)家Nicholas Johnson表示，“太空任務(wù)最大的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源于不可追蹤的碎片?！边@些太空垃圾以每小時(shí)約2.7萬(wàn)公里的速度高速運(yùn)動(dòng)著，給航天器的運(yùn)行以及宇航員的生命安全造成了極大隱患。

然而，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，太空碎片越來(lái)越多，通過追蹤航天器、修改運(yùn)行軌道、增強(qiáng)材料本身的自我防護(hù)能力等傳統(tǒng)手段來(lái)躲避太空垃圾，已經(jīng)不再是最好的應(yīng)對(duì)措施。

去年，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）向國(guó)際空間站發(fā)射了一個(gè)名為“白鶴號(hào)-6”的無(wú)人太空船。它不僅能夠運(yùn)送貨物，還承栽著清理太空垃圾的任務(wù)：用一條2300英尺（約合700米）長(zhǎng)的電磁系繩將太空中的那些垃圾拖出軌道。但這并不容易，由于技術(shù)故障導(dǎo)致繩索未能正常伸展，這艘無(wú)人航天器的“命運(yùn)”最終以墜落大氣層燒毀告終。

一些創(chuàng)業(yè)公司也開始參與進(jìn)太空垃圾的生意中，并帶來(lái)了更多的點(diǎn)子?？偛课挥谛录悠碌腁stroscale就是一家專門從事太空垃圾清理的公司，創(chuàng)始人岡田光信提出了一個(gè)計(jì)劃：2018年發(fā)射首個(gè)太空垃圾收集器衛(wèi)星“ELAS 1”，在這顆衛(wèi)星上將會(huì)裝載傳感器和機(jī)動(dòng)推進(jìn)器設(shè)備，跟蹤太空垃圾碎片并實(shí)行攔截。

攔截太空垃圾所用的黏合劑是Astroscale與日本一家化學(xué)公司合作研發(fā)的，將會(huì)涂滿于ELSA 1表面，一旦觸碰到太空垃圾碎片，這些黏合劑就會(huì)將垃圾粘在飛行器表面并脫離原本的飛行軌道，而且將與ELSA 1機(jī)體一同燃燒殆盡。

為此，這家公司需要首先發(fā)射一顆體積相對(duì)小的衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星攜帶的面板能夠感受到太空環(huán)境中的垃圾碎片及其撞擊情況。它非常敏感，甚至能夠檢測(cè)到小于一毫米的碎片撞擊。利用這些數(shù)據(jù)，公司可以繪制出各種太空環(huán)境下的碎片密度情況圖。除了公司自身使用外，這些數(shù)據(jù)還能出售給其他衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商和空間機(jī) 構(gòu)。

“如果你去參加任何一個(gè)太空相關(guān)的會(huì)議，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有議程都是分成三個(gè)分會(huì)—技術(shù)、融資、規(guī)則。我想做的，就是提出一個(gè)方案，為它設(shè)立明確的融資階段，然后展現(xiàn)出風(fēng)險(xiǎn)，幫助確立規(guī)則?！睂锕庑艑?duì)《第一財(cái)經(jīng)周刊》說，截至目前，Astroscale已經(jīng)籌得了大約4300萬(wàn)美元資金。

作為13個(gè)NASA創(chuàng)新先進(jìn)概念（NIAC）之一，膜飛船也已經(jīng)獲得了NASA的兩輪“投資”，共計(jì)60萬(wàn)美元。在第一個(gè)階段里，NIAC對(duì)一個(gè)創(chuàng)新性概念完成初步的定義和分析，并提供10萬(wàn)美元資助獲獎(jiǎng)?wù)咄晟圃O(shè)計(jì)，探索實(shí)施新技術(shù)的辦法。而第二階段獎(jiǎng)金增加到50萬(wàn)美元，研究期限為兩年。

目前，航天航空公司已經(jīng)順利通過了第一階段，進(jìn)入項(xiàng)目研發(fā)的“二期工程”。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，Janson稱：“第二階段的工作將重在分析和記錄膜飛船用于清除軌道碎片的優(yōu)勢(shì)和局限性，進(jìn)一步測(cè)試任務(wù)操作流程，并嘗試通過實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境。”如果兩年后NASA對(duì)膜飛船的新進(jìn)展感到滿意，那么這個(gè)二維航天器可能將在幾年后投入運(yùn)行。

對(duì)于這些太空“清道夫”來(lái)說，壞消息是，全球范圍目前還沒有一個(gè)有法律效力的懲罰條款去約束太空垃圾的產(chǎn)生。但好消息是，至少那些衛(wèi)星擁有者們還愿意付費(fèi)保護(hù)他們的衛(wèi)星。