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陈蓝:“太空清道夫”实践21号开创可持续航天新时代
几十年来,人们已经提出和尝试了很多种非合作对接方式。下面我们就列举二三:
·喷管对接:除了全电推卫星,几乎所有卫星都有一个钟形的发动机喷口。那么,只要设计一个插入锁定装置,就能实现对接。前面说的MEV卫星就采用这样的方式。这已经成为现实。但这种方式不适用于少数卫星和几乎所有太空碎片。
图3:MEV喷管对接示意图(图源:诺斯洛普·格鲁曼)
·机械臂:显然,这是一种非常灵活、通用性很强的方式。只要目标上有可以抓取的突出物,就可以实现捕捉。但这比国际空间站机械臂抓取货运龙飞船来完成对接难度大得多,因为被抓取目标上没有为机械臂量身定做的“握座”。目标的形态可能千变万化。抓取的策略和每一个动作都需要临场确定,对智能程度要求很高。外媒猜测中国2016年发射实践17号卫星可能就具备了这样的能力。这给了中国网民们巨大的想象空间,比如那个一刀把敌方航天器电池板剪掉的动画。
·网兜:这不是幻想,已经成为现实。2018年9月16日,欧洲航天局从国际空间站释放的RemoveDebris卫星就成功进行了一次试验。在距离目标小卫星6、7米的距离上,清道夫卫星突然弹出一团网线。它马上展开成为一个网兜并很快缠住了目标。这个方式对形态各异的太空碎片非常适合。无独有偶,网上流传的此次事件的主角 - 实践21号的发射徽标上也有一个网兜,令人遐想。不过,这个网兜也许只具备“捕捉”的象征性意义,未必能证实什么。
图4:RemoveDebris网兜试验实拍(图源:ESA)
·鱼叉:欧洲航天局的RemoveDebris卫星不仅做了网兜试验,还做了一个“鱼叉”试验,也取得了成功。原理说起来也简单。卫星内部大部分是空的。高速运动的鱼叉很容易穿透卫星或卫星构件的外壳并卡在里面。鱼叉后面有线连到清道夫卫星,从而实现拖曳。但这种方式是破坏性的,不适合正在工作的卫星的轨道转移。
图5:RemoveDebris鱼叉试验示意图(图源:ESA)
·磁性:日本初创航天公司Astroscale发射了ELSA-d卫星。它靠近到目标一定距离后,会伸出一个磁性吸盘,将目标牢牢吸住。这个方案的局限显而易见,就是目标上必须有铁镍物质,不然吸盘毫无作用。Astroscale从今年一月初开始进行一系列试验,包括翻滚目标的捕捉。但截至发稿,还没看到成功的消息。
图6:日本ELSA-d卫星(图源:Astroscale)
我们尚不清楚实践21使用什么方式实现了和北斗G2的对接。但它对接的是一颗失效卫星,难度显然比MEV对接的可控卫星更大。不管用的是喷管还是网兜,似乎实践21更胜一筹。
图7:网上流传的实践21卫星发射徽标(图源:互联网)
实践21号和MEV卫星所展示的,不仅仅是解决太空碎片问题的希望,还有航天商业的一片新天地。实践21号和MEV都是名副其实的太空拖船。它们既可以用来对付太空垃圾,也可以用于在役航天器的在轨服务。MEV为前述两颗通信卫星提供的轨道转移和卫星延寿服务都是收费的。未来,在轨推进剂加注、在轨维修、在轨组装和拆卸、未入预定轨道卫星的救援等都可以有太空拖船的用武之地。随着人类越来越多地进入太空,太空拖船的机会和创新空间也会越来越大。
还有一个潜在应用也不必回避。我想很多读者应该也想到了,那就是军事用途。既然可以捕捉非合作的失效航天器和太空碎片,为什么不能捕捉敌方航天器?答案当然是可以。这是反卫星武器的一种方式,但属于比较低效的方式,更适合对付高价值目标。由于外空条约的限制,在太空部署武器会比较敏感。但相信所有航天大国都不会放弃这个领域。以军民两用为目标研发,平时作为太空碎片清道夫和商业太空拖船,战时转为反卫星武器,也许是最好的选择。
短短两年不到的时间内,中美两国率先让“太空拖船”从概念变为现实。更重要的是,太空碎片问题不解决,人类走向星辰大海的通道最终会被封死。人类就只能退回到地球上。MEV和实践21号让我们看到了希望。这个进展也许具有重大历史意义,标志着人类可持续性航天新时代的开端。
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