磁力拖船能清理太空垃圾吗?

今年是太空时代60周年，人类在这个时代已经有了许多巨大的飞跃。在一个人的一生中，我们从斯普特尼克到空间站再到冥王星探测器，在这个过程中释放了大量的科学和技术。

不幸的是，我们也释放了大量垃圾。我们的垃圾已经堆积在地球上遥远的地方中途岛环礁来珠穆朗玛峰但就像之前的许多边疆一样，地球的外层越来越杂乱,太。希望帮助我们到达太空的聪明才智也能帮助我们清理太空。

太空中的废物

地球的轨道环境包含大约2万个比垒beplay体育官网电脑球大的人造碎片，50万个比弹珠大的人造碎片，以及数百万个太小而无法追踪的人造碎片。(图片:ESA)

这种轨道垃圾通常被称为太空垃圾，主要由旧卫星、火箭及其破碎部件组成。数以百万计的人造碎片目前正以每小时17500英里的速度在太空中飞驰。由于它们呼啸而过的速度如此之快，即使是很小的一块太空垃圾，如果与卫星或航天器相撞，也可能造成灾难性的破坏。

但地球周围的空间太重要了，我们不能让自己用垃圾破坏它。卫星本身是GPS、天气预报和通信等服务的关键，此外，我们需要安全穿过这一区域，执行更大的任务，进入更深的空间。很明显，我们需要清除太空垃圾，但对于一个已经是真空的地方来说，清理太空可能会异常困难。

即使只是弄清楚如何抓取一块太空垃圾也是很棘手的。第一个规则是避免产生更多的太空垃圾，当碎片碰撞时很容易发生，所以任何垃圾收集航天器与目标保持安全距离都是有帮助的。这可能意味着使用某种绳索、网或机械臂来进行实际的围捕。

吸盘在真空中不起作用，太空中的极端温度会使许多粘合剂失效。鱼叉依靠高速撞击，可能会刮掉新的碎片或将物体推向错误的方向。然而，正如一些最近提出的观点所表明的那样，情况并非毫无希望。

磁拖船

一颗类似拖船的磁性追踪卫星将通过瞄准被称为“磁转矩”的电磁组件来围捕废弃的卫星。磁转矩利用地球磁场来调整卫星的方向。(图片来源:Emilien Fabacher/ISAE-Supaero)

欧洲航天局(ESA)，积极追踪空间碎片该公司支持其清洁空间计划(Clean Space program)下的一系列碎片处理项目。欧洲航天局还宣布为法国图卢兹大学Supérieur de l'Aéronautique et de l 'Espace研究所(iue - supaero)的研究员埃米利恩·法马赫提出的一个想法提供资金。

Fabacher的想法是从远处收集太空垃圾，但不是用网、鱼叉或机械臂。相反，他希望不用碰它就能把它卷起来。

“对于想要脱离轨道的卫星，如果能保持安全距离就更好了，不需要直接接触，也不需要冒着对追逐者和目标卫星都造成损害的风险。”Fabacher在欧洲航天局的一份声明中解释道．“所以我正在研究的想法是用磁力吸引或排斥目标卫星，改变其轨道或完全脱离轨道。”

他补充说，目标卫星不需要事先专门装备，因为这些磁拖船可以利用电磁组件，即所谓的“磁转矩”，帮助许多卫星调整方向。“这是许多低轨道卫星上的标准问题，”Fabacher说。

这并不是第一个涉及到磁力的概念。日本航天局(JAXA)进行了测试一个不同的基于磁铁的想法它是从一艘货运飞船上伸出的一条长2300英尺的电动系绳。测试失败了但它失败了，因为系绳没有松开，而不一定是因为想法本身的缺陷。

不过，磁铁对太空垃圾的作用有限。Fabacher的想法主要集中在将整个废弃卫星从轨道上移除，因为许多较小的碎片太小或非金属，无法用磁铁控制。不过，这仍然是有价值的，因为一大块太空垃圾如果与其他物体相撞，很快就会变成很多碎片。此外，欧洲航天局补充说，这一原理还可以有其他应用，比如利用磁力帮助小卫星群以精确编队飞行。

贪婪的壁虎机器人

另一个收集太空垃圾的聪明想法来自斯坦福大学，那里的研究人员与美国宇航局喷气推进实验室(JPL)合作，设计了一种新型的机器人抓取器，可以抓取和处理垃圾。发表在《科学机器人》杂志上，他们的灵感来自于手指黏糊糊的蜥蜴．

斯坦福大学机械工程教授、资深作者Mark Cutkosky在一份声明中说:“我们开发的是一种使用壁虎灵感粘合剂的夹持器。”“这是我们大约10年前开始的一项工作的结果，该工作使用粘合剂，灵感来自壁虎粘在墙上的方式。”

壁虎能爬墙是因为它们的脚趾有微小的襟翼，可以产生一种叫做“范德华力当与表面完全接触时。这是一种微弱的分子间作用力，是由分子外部电子之间的细微差异产生的，因此与传统的“粘性”粘合剂不同。

研究人员承认，这种基于壁虎的抓爪不像真正的壁虎的脚那么复杂;它的襟翼大约有40微米宽，而真正的壁虎只有200纳米宽。不过，它使用同样的原理，只有当襟翼以特定的方向排列时，它才会粘附在表面上，而且只需要向正确的方向轻轻推一下就能粘附在表面上。

“如果我进来，试图把压敏粘合剂压在一个漂浮的物体上，它会飘走，”来自加州大学圣巴巴拉分校的助理教授、合著者埃利奥特·霍克斯(Elliot Hawkes)说。“相反，我可以非常轻柔地将胶粘垫接触到一个漂浮的物体上，将胶粘垫相互挤压，这样它们就被锁定了，然后我就可以移动物体了。”

新的夹持器还可以根据手边的物体调整其收集方法。它的正面有一个带有粘性的方格网格，在可移动的手臂上还有粘性条，可以让它抓取碎片，“就像它在提供一个拥抱”。网格可以粘在像太阳能电池板这样的平面物体上，而臂可以帮助处理更弯曲的目标，比如火箭的主体。

该团队已经在零重力的情况下，在抛物线飞机飞行和国际空间站上测试了它的夹持器。既然这些测试进展顺利，下一步就是看看这个夹持器在空间站外的表现如何。

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这只是清理近地轨道的众多建议中的两个，还有其他策略比如激光、鱼叉和帆。这是件好事，因为太空垃圾的威胁既大又多样，我们可能需要几种不同的方法。

而且，正如我们在地球上已经学到的那样，如果没有几小步的后退来清理我们自己的残局，任何巨大的飞跃都是不完整的。