为了太空环保咱们给火箭装了个风帆

　　近日，咱们国家又发射了一个火箭，只不过不同的是，这次我们给运载火箭装了个风帆，确切地说应该叫做离轨帆
　　这个帆的功能是让进入空间的航天器碎片可以自行坠落进大气层烧毁，减少轨道垃圾。
　　可能很多人纳闷了，太空那么大，丢一些垃圾上去能造成什么影响呢？现实情况就是，太空其实很拥挤，确切地说是近地轨道非常的拥挤，举个例子，在2009年，美国铱星公司的一颗通信卫星不偏不倚地和俄罗斯一颗早已报废间谍卫星，在距地面将近800公里高的近地轨道上相撞，这一撞总共产生的碎片，大到可以被追踪到地就有600多块，更有一堆以追踪到的小碎片变成了地球的卫星。这一大堆碎渣子在未来上百年间将始终围着地球转呐转，对那些正常的航天器造成潜在威胁。二有些大型的空间器相撞后则会产生残骸云，导致这一个区域都无法通行航天器。
　　根据统计，自从1957年人类第一颗卫星苏联的斯普特尼克一号上天后，60多年的时间，现在在轨的空间碎片估计已经超过10亿个，总质量有几千吨之多。这其中大于10厘米的碎片就有23000多个。而那些1毫米以下的碎渣子专家预估将有上百亿个。可以说，这么多年抛掉的炸掉的撞掉的碎片将近地轨道生生搞成了垃圾场，而这些垃圾占到了空间轨道内物体总数的三分之二，这其中碎片占了4成，报废的航天器占到了3成，那些被抛掉的推进器占到了2成，而真正再用的航天器只占到1成不到。
　　所以，咱们的航天器就这样整天在垃圾堆里穿行，而且速度还极快。不过坏消息是，面对这些太空垃圾咱们几乎是无能为力，只能靠机动变轨来躲避，但燃料宝贵，卫星的每次变轨都会损耗它的寿命，这是因为很多卫星或航天器并不是由于自身寿命到达极限而报废，而是由于没有燃料后丢失轨道而失去功能。这也是为什么全球各个发达国家都在开发等离子发动机，也就是霍尔推进器，或叫做电推。因为他依靠电力和少量的惰性气体就可以比拟原有化学能推进器几倍甚至几十倍的使用时长，但代价是推力微小，调调轨道还可以，飞向其他星球还为时尚早，咱们的天宫空间站就用上了先进的电推进器。话题扯远了。咱们继续说太空碎片的事。
　　随着人类航空事业的发展，以前是一颗颗地往天上发，现在则是一批批地往天上送，虽然卫星的体积都变小了，但是架不住数量是真多啊，一箭5星6星都算不上新闻了。今年2月，咱们刚刚完成了一次一箭22星的航天任务，而世界上一箭多星的国家还很多，比如印度，一次发射了104颗卫星，真不知道它发的是卫星还是垃圾。而在未来，马斯克的星链计划，计划用42000个卫星组成。而亚马逊公司也有相应的柯伊伯计划，也有3200颗卫星需要送上太空。这些卫星不仅个头小，而且寿命短，故障率高，更新速度也快，这也就更恶化了空间轨道环境。
　　俗话说，地球是我家，保护靠大家，既然我们没法处理那些已有的碎片，那我们就只有尽可能地不再产生太空垃圾，让这些寿终正寝年的空间飞行器自行坠落地球烧毁。
　　这些年来，科学家们经过研究设计出了很多奇奇怪怪的东西，为的就是可以让他们在尽可能少的占用空间和重量的情况下把飞行器拉入大气层。这些方案中有，电动力绳系离轨技术、增组球离轨技术、捕获式离轨技术，以及离轨帆离轨技术被各国选取，并论证实验。
　　其中电动力绳系离轨技术在上世纪的80年代被构思出来，被西方国家热衷研究，这种方式是用一个用绳子链接电荷采集、发射装置，将其丢向地球方向，这根长长的导线在飞行器的运动过程中会不断地切割地球磁感线，这时绳子就会产生电流，并和地磁场作用产生洛伦茨力。将航天器拉向地球。不过这种方式对技术的要求也是相当高的，首先要根据空间器的特点来选择绳系材料，还要考虑他的导电性、刚度、质量耐久性等特点。
　　除此之外，绳系在展开时还要保持稳定，不能发生不受控的摆动，因为轨道倾角、地磁场、电动力都会受到系绳角度的影响，并影响整个系统的姿态，很多实际测试失败的原因都是因为这个。当然这里涉及的地磁场、磁感线、洛伦茨力我就不深入地说了。总之，这种方式，经过科学家们多年的验证，是完全可行的。并且日本在2016年成功测试了用绳系法将一艘货运飞船降低轨道。不过咱们国家到目前为止，并没有对这个设计进行试验，只是在理论上进行了论证。
　　除了这个看上去像钓鱼的绳系离轨方式外，还有一种增阻球离轨方式，这种方式就是在离轨的飞行器上充起一个巨型的气球，增大他的阻力面积，用稀薄的大气还有太阳光的光压共同作用下，让飞行器慢慢坠落地球，这个原理其实和之后要讲到的离轨帆技术差不多，也有重量轻、体积小的特点，但是这种技术需要对充气的方式和技术有较高的要求，也并不是咱们想象的那种真的将气球里充满了气体，而是通过填充，将气球变成一个具有刚性的球体，现在常用的方式是泡沫填充钢化、紫外光固化、气体反应钢化、热固化钢化等方式，咱们国家也对这种方式进行过论证和研究，也具有相应的技术储备。
　　除了这些被动离轨方式外，还有一种主动离轨方式，就是捕获式离轨，这个就简单了，就是用一个专用的飞行器，去抓取需要报废的空间碎片，然后对他进行拖曳，将它托离原轨道。这个方式最大的优点就是快，刚才提到的绳系、赠阻球这些方式都需要几年的时间才能完成坠落。而捕获的方式就快得多了。当然，这种方式也是最费钱的，科技含量最高的。
　　首先，大量的空间碎片或是报废航天器，在失去控制后，受到光压、重力梯度的影响，这些物体会发生不规则的旋转，如果要对其捕获，就必须要对其进行消旋作业，现阶段常用的消旋方式有，机械消旋、电磁消旋等等，之后才能用软硬结合的捕获器对其进行捕捉。但是面对如此多的空间碎片，单单靠这样一个技术，肯定是杯水车薪。弄不好它自己也有可能沦为新的空间废物。
　　那经过这么多的对比和测试，现阶段最为成熟的技术，其实就是咱们国家正在测试的离轨帆技术了，相比于绳系技术和增阻球技术，离轨帆的成本低，技术要求也低，占用空间飞行器的位置也相对较小。当然这也要看掌握这门技术的国家在材料科学领域的研究技术储备。不仅要在整个帆面的折叠方式上要有深入的研究，还要针对支撑杆进行论证，而之所以离轨帆的技术相对来说低廉，还因为其支撑杆使用了卷尺弹簧作为支撑，这个技术我想大家都知道把，就和咱们家用的卷尺原理类似。
　　这次咱们国家发射的火箭，将载荷仓上搭载的离轨帆装置，也是我们国家现在面积最大的离轨帆，展开面积达到25平方米，也是世界上首次将离轨帆用在大型的运载火箭舱段，以前都是用于小型的卫星，这样有了这个离轨帆的助力，这个空间废物就可以在2年内坠入大气层。
　　这也从侧面印证了我们国家在航天技术的多样化发展方面，同样也有较快的突破。