为解决废弃卫星问题 ESA开启“摧毁设计”

这可能是违法直觉的,但设计卫星以便更好地解体是对抗空间碎片的关键战略之一。该方法由欧航局(ESA)的清洁空间(Clean Space)计划开发,其被称为“摧毁设计(Design for Demise)”,涉及到确保废弃卫星在重新进入大气层时将得到完全破裂和燃烧。

为了安全起见,重新进入太空的硬件应该在穿越大气层的过程中完全燃烧起来。在实践中,一些碎片可以一直降落到地球上–其中一些大到足以造成严重的损害。比如在1997年,德克萨斯州的Steve Gutowski和Verona Gutowski被一个看起来像“死犀牛”的东西撞醒了,它离他们的农舍只有50米。结果发现它是一个250公斤的火箭级的燃料箱。

为解决废弃卫星问题 ESA开启“摧毁设计”

现代空间碎片法规要求此类事件不应发生。

作为名为清洁空间计划的更大努力的一部分,ESA正在开发技术以确保未来的低轨道卫星按照D4D的概念进行设计–即为摧毁而设计。

一些较重的卫星元件更有可能在再次返回地球的过程中幸存下来。这些包括使用磁铁来改变航天器在地球磁场中的方向的磁电机、光学仪器、推进剂和压力罐、操作太阳能电池阵列和反应轮的驱动机制–用于改变卫星指向方向的旋转陀螺仪。

为解决废弃卫星问题 ESA开启“摧毁设计”

D4D研究的一个要素涉及到在能重现相关火热条件的等离子体风洞内实际熔化这些笨重的物品。另一个则是确保再入地球碎片的早期破裂。

在再返回过程中,热通量和机械负荷的峰值通常会导致卫星在75公里左右的高度破裂。只有在这个高度之后,大部分暴露在热通量下的内部设备才会开始“消亡”。

但设计一个更高的破裂高度将意味着内部设备将暴露在热流中更长时间,并大大增强其整体的可拆卸性。确保这一点的可能方法包括使用更多的可熔化接头将卫星面板固定在一起或者使用形状记忆合金。据悉,这种合金会随温度变化而改变形状。

清洁空间还使用DRAMA(碎片风险评估和缓解分析)软件来计算一个给定的卫星设计是否符合空间碎片缓解标准,另外还要确保考虑到最新的研究成果并始终致力于将受伤的风险降低到万分之一的关键值以下。

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