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消灭太空垃圾!欧洲航天局模拟卫星再入地球大气层:瞬间蒸发

前瞻网    2021-06-18 15:41

 

消灭太空垃圾!欧洲航天局模拟卫星再入地球大气层:瞬间蒸发

图片来源:ESA/DLR

在欧洲航天局(ESA)的一段视频中,一个等离子体风洞轻松将一个卫星模型完全蒸发,这展示了大气层再入的速度和热量是如何抹杀太空卫星最庞大部分的。

但无论如何,彻底的摧毁是件好事。原因如下:快速移动的太空垃圾进入地球大气层可能会造成严重的危险,如果这些太空垃圾能经受住再入大气层的压力。

欧洲航天局的代表在一份声明中表示,通过测试卫星的热阈值,工程师可以设计出足够坚固的航天器,既能保证它们能完成任务,又能在坠落地球时在大气层中安全燃烧。

卫星任务完成后,其操作人员可以通过控制系统降低卫星的近地点,即离地球最近的轨道点,将物体从轨道上移出,这被称为受控再入。据欧洲航天局称,当近地点足够低时,重力就会接管并将飞船拉下来。这种方法使卫星以一个陡峭的角度重新进入大气层,从而确保碎片随后会击中一个相对较小的区域。欧洲航天局称,卫星运营商通常将目标对准开阔海域,以将对人类的风险降至最低。

相比之下,不受控制的返航不能将卫星发送到指定的着陆区域。但据欧洲航天局称,为了让卫星以不受控制的方式坠落到地球大气层,联邦卫星管理机构需要证明撞击造成的伤亡风险低于万分之一。

为达到这种确定性,工程师必须保证所有卫星在接近地面之前将下降的部分燃烧充分,在位于科隆的德国航空航天中心(DLR)一个试验室内拍摄的镜头中可以看到卫星的融化。据DLR的空气动力学和流动技术研究所称,科学家使用电弧加热的气体来模拟大气再入条件,温度超过12000华氏度(6700摄氏度)。

在欧洲航天局的视频中,一个太阳能阵列驱动机构(SADM)——卫星的一部分,用于指导其太阳能电池板的位置,也是典型卫星中体积最大的部分之一——进入等离子风室。使SADM更容易被大气摧毁的实验早在一年前就开始了。在第一阶段,研究人员建立了SADM的软件模型,以测试一种新型铝螺杆的熔点。

然后,科学家们用新型铝螺杆建立了SADM的实体3D模型,在等离子室中进行测试。欧空局的代表说,该模型遇到了每小时数千英里的风速,重现了类似于大气层再入的条件,结果看到了一个蒸发的SADM——正如软件模型所预测的那样。

欧洲航天局称,卫星熔化实验也是欧洲航天局一个名为CleanSat的项目的一部分,该项目正在调查和测试新技术,这样一来,未来的低轨道卫星设计将遵循一个听起来很冷酷的概念:“D4D”(Design for Demise),即“毁灭设计”。

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