这款航天器比人的头发还细，可捕获太空垃圾

去年，欧洲航天局的 Sentinel-1A 卫星与一小块碎片相撞。幸运的是，其太阳能电池板的损坏很小。但它很幸运。据欧洲航天局空间碎片办公室负责人霍尔格·克拉格 (Holger Krag) 在今年春天举行的第七届欧洲空间碎片会议上谈到这一事件时所说，如果这块太空垃圾稍大一点，它可能会打碎整个太阳能电池板。

地球轨道上散落着螺栓、油漆碎片、报废卫星和过去任务留下的其他残骸。超过 50 万块太空垃圾以每小时 17,500 英里的速度飞过我们的星球。太空垃圾正在不断积累，科学家担心碰撞将变得更加常见，从而产生更多的垃圾。这可能会引发多米诺骨牌效应，碎片会撞到其他物体上，形成越来越多的抛射物，扰乱近地轨道。

美国宇航局创新先进概念（NIAC）项目的项目主管杰森·德雷斯说：“如果真的发生了这种情况，太空将基本上无法使用，而我们已经非常接近这种情况了。”

一些研究人员希望在问题不可避免地加剧之前立即采取行动。今年春天，NIAC 向位于加利福尼亚州埃尔塞贡多的航空航天公司的研究人员颁发了 50 万美元的奖金，以继续开发一种外观奇特的航天器，该航天器旨在清除小块太空垃圾；几乎就像一个太空吸尘器。这种名为 Brane Crafts 的微型飞船直径约为一码，比人的头发还细。每艘飞船都会包裹一块碎片并将其拖入大气层，在那里碎片会升温并最终在距离地球表面约 155 英里的地方焚烧。

德莱斯说：“你可以把它想象成一块覆盖着推进器的巨大保鲜膜，你可以随意卷曲它。”

其创造者希望，每艘 Brane Craft 都将非常轻便且省油。这意味着它不仅可以用于清理太空垃圾，还可以用于其他用途。有朝一日，这些微型飞船可以前往小行星、卫星和其他行星。

寻觅

为了制造 Brane Craft，开发人员必须跳出传统航天器的思维模式，因为它们并不适合追捕太空垃圾。“试图捕捉速度如此之快的东西真的非常非常困难，”德雷斯说。“与一块碎片对接意味着你必须精确匹配该轨道。”

与一块速度比子弹还快的碎片会合、处理掉它，然后再寻找下一块垃圾，也需要大量的燃料，因此成本极其高昂。

“Brane Craft 的理念是将航天器的质量减至最低，”航空航天公司高级科学家 Siegfried Janson 说道。Janson 表示，目前发射一颗 CubeSat（一种微型卫星，约 11 磅）的成本约为 25 万美元。他的目标是制造出重量极轻的航天器，每颗航天器的发射成本仅为 5,000 美元。

目前的设计是一艘膜状飞船，面积为 3 平方英尺，重量比香蕉还轻。每艘航天器将由 10 微米厚的柔性塑料片制成（我们的头发厚度通常高达 180 微米），上面印有太阳能电池和电子设备的精细薄膜。液体推进剂将储存在这些塑料片之间 15 到 20 微米的间隙中。

詹森说，太阳能电池将为一种名为电喷雾推进器的发动机提供动力，这种发动机非常节省燃料。整艘飞船也将是可弯曲的。“基本上，它的结构中融入了薄薄的肌肉，”他说。这些“肌肉”由夹在两块金属板之间的聚合物制成，当电流通过时，它们会改变形状，从而产生电压差。

这些细长的航天器重量轻到可以成批进入太空。詹森设想将一批 50 架或更多的 Brane Crafts“像一摞披萨一样”一起发射到轨道上。一旦它们到达国际空间站或低地球轨道上的另一个点，每架都可以收到前往目标碎片的指示（雷达站跟踪轨道上的 18,000 多个物体，其中大部分是太空碎片）。

膜飞船可能需要五天时间才能靠近碎片并将其包裹起来。然后，膜飞船将启动推进器，向与碎片飞行方向相反的方向推进。这将使物体减速，使其逐渐沉入大气层。大约 10 天后，碎片将下降到足够低的位置并燃烧殆尽。

通常情况下，Brane Craft 会与它的猎物一起被焚化；这种航天器重量轻且价格低廉，因此可以在任务结束时牺牲。

距离 Brane Crafts 投入使用，清理环绕地球运行的大量太空垃圾，还有相当长一段时间。Janson 估计，这些飞船大约需要 10 年才能准备就绪。他和他的团队计划利用 NASA 最近一轮的资助来完善设计，并开始测试超薄电子设备。

他们仍需克服的一个挑战是如何保护航天器免受辐射。这些薄如刀片的飞船没有屏蔽装置来保护其敏感电子设备免受辐射。詹森和他的团队正在设计碳纳米管电路，这种电路可以在近地轨道外缘附近存活一个月。

建造如此薄的宇宙飞船也有缺点。当 Brane Craft 靠近碎片时，它很可能会被其他微小碎屑击中。“低地球轨道上的微陨石环境通常对航天器来说很麻烦；你的太阳能电池和窗户上会有一些小凹痕，”Janson 说。岩石碎片或人造垃圾太小，甚至无法在火箭上留下凹痕，但可能会刺穿 Brane Craft。“我们必须……设计 Brane Craft 以防这些非常小的子弹。”

外出活动

首先，詹森和他的团队计划使用 Brane Craft 处理大约 5 到 10 厘米（大约 2 到 4 英寸）大小的太空垃圾。这些飞船无法处理体积庞大的太空垃圾，例如使用过的上面级。但是，如果科学家预测碰撞即将发生，可以派出一组 Brane Craft 将这些碎片推离轨道。

像 Brane Craft 这样的超薄飞船并不是唯一正在建造的用于处理太空垃圾的技术。欧洲航天局也在考虑使用机械臂夹持器、渔网、鱼叉和系绳。另一个欧洲团队计划在 2017 年底或 2018 年初启动 RemoveDebris 任务，该任务将练习使用渔网和鱼叉捕获立方体卫星。总部位于新加坡的卫星服务公司 Aeroscale 计划使用磁铁捕获垃圾。斯坦福大学和美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的研究人员设计了一种受壁虎脚启发的夹持器，可以抓住卫星和其他大型碎片。

研究人员甚至考虑用地面激光摧毁碎片。“你可以用这些高功率的激光照射碎片，让它们在飞过地平线时减速，”德雷斯说。这比发射一艘宇宙飞船，然后让它去追击碎片块要耗费少得多的能量。然而，这种激光可能会变成一种反卫星武器。

所有这些方法都必须证明其可行性。然而，Brane Craft 的设计有一个优势，那就是它有可能在远离地球轨道的地方投入使用。Brane Craft 的燃料效率非常高，以至于这些微型飞船可以往返火星，或者在月球和低地球轨道之间进行多次旅行。“你可以访问太阳系的几乎任何地方，”詹森说。

他说，膜飞船还可用于探索和开采小行星。建造数千艘传统航天器并将它们送往单个小行星的成本高得离谱。但或许，膜飞船群可以造访火星和木星之间的小行星带，并带回样本。

詹森说，最终这些微型航天器甚至可以帮助保护地球。我们可以制造更大的版本，或者批量生产数千个 Brane 飞船，并将它们发射出去，以偏转即将来袭的小行星。

德雷斯说：“这是一种从未有人见过的新型航天器，我希望人们能够真正发挥创造力。”