未來科技:利用激光加農炮清理太空垃圾

來源:天文在線    關鍵詞:激光炮, 太空垃圾,    發布時間:2020-03-06

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俄航署宣布,計劃將一個三米光學望遠鏡改造成激光炮來清理太空垃圾。

該激光炮產生的激光束必須足夠強大,要能夠加熱至少160公里(100英里)外近地軌道上的物體。圖片來源: about the Space/ Adrian Mann

這個激光炮與《星球大戰》中的死星上的激光炮并不完全相同,是俄羅斯聯邦航天局計劃建造一門激光炮來清理近地軌道上的太空垃圾,每次能清理一塊垃圾。作為俄羅斯聯邦航天局的一個分支,研究與生產公司精密系統公司(the Research-and-Production Corporation Precision Systems)的科學家旨在將一門巨型激光炮安裝在一個三米光學望遠鏡上。這臺激光炮將配備一個精心設計的機械裝置,并連接至望遠鏡,利用一系列反射鏡、一個石英閃光管和一個固態發電機電源產生一束強大的激光束,足以蒸發漂浮在太空中的金屬碎片。

圖解:圖為《星球大戰》中的死星,被稱為“終極武器”,可以通過凹陷部分發射激光炮,能夠摧毀整個行星。圖片來源:Google

這臺望遠鏡已經在研制中,其主要目的是監測衛星和漂浮在地球表面160至2000公里之間任何潛在的危險太空垃圾。美國宇航局估計,在近地軌道上有超過50萬塊彈珠大小或更大的太空垃圾,它們的飛行速度可達每小時28164公里。這些垃圾碎片來自廢棄衛星、空間站或太空物體碰撞。隨著國際空間站(ISS)和更多的衛星送入近地軌道,這些垃圾碎片可能會構成重大威脅。它們還可能突破大氣層,飛向地面,對我們足以說明是一種潛在的危險。

圖解:俄羅斯的火星-500建筑的三維規劃,是基于地面的試驗以補充基于國際空間站的試驗 - 用于準備一個載人火星任務。

有許多先例凸顯了太空碎片的危險性。如1978年1月,前蘇聯偵察衛星重返加拿大上空地球大氣層時的科斯莫斯(Kosmos)-954事件;在重返地球的過程中,該衛星分裂成更小的碎片,并將放射性物質拋灑在約124000平方公里(47877平方英里)的陸地上。此外,2016年4月,國際空間站的一塊玻璃面板上的一處缺口被認為是由一小塊太空碎片撞擊造成,該碎片可能是一片油漆碎片或一小塊金屬碎片。如果不是四層玻璃,后果不堪設想。

圖解:國際空間站,發現號航天飛機攝于2011年3月7日

由于這些原因,太空垃圾及其處置問題對美國宇航局、歐空局和俄羅斯聯邦航天局等組織來說變得更加重要。此前,有人建議設置一個巨大的太空網和太陽帆,將碎片推出其當前軌道,以清除太空垃圾。“巨型激光加農炮”的想法是一個有趣的概念,因為它需要在其他儀器概念中安裝一個固態發電機,才能將這一科幻想法變為現實。

圖解:太空垃圾的分布示意圖。其中有兩個主要的分布帶:位于地球靜止軌道上的環狀帶及位于近地軌道上的云狀帶。

這種被增強的光會在望遠鏡的反射鏡上反彈,直到產生一束強大的激光束,這束激光可以通過一種叫做“激光燒蝕”的過程清除太空碎片。這通常用于從金屬或工業化合物中去除材料層。然而,在這種新技術的情況下,這種激光束可以將空間碎片加熱極高的溫度,將其蒸發至灰飛煙滅。

相關知識

國際空間站是一個在近地軌道上運行的科研設施,是人類歷史上第九個載人的空間站。空間站的主要功能是作為在微重力環境下的研究實驗室,研究領域包括生物學、物理學、天文學、地理學、氣象學等,當前由六個國家或地區合作運轉,包括美國國家航空航天局、俄羅斯聯邦航天局、日本宇宙航空研究開發機構、加拿大航天局、巴西航天局和歐洲空間局。

圖解:在STS-126中丟失的工具包(畫面正中)。

太空垃圾(space debris或space junk),是指在繞地球軌道上運行,但不具備任何用途的各種人造物體。這些物體小到固態火箭的燃燒殘渣,大到在發射后被遺棄的多級火箭。它們有撞擊其它航天器的風險,某些太空垃圾在返回大氣層時也會對地面安全造成威脅。

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