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被太空垃圾包圍怎麼辦? NASA:通通包回家!

還記得我們為各位在「來自太空的不速之客」一文中介紹太空垃圾的現況嗎?太空垃圾的來源是那樣廣泛,尺寸可以小如6 mm的BB彈、亦可以大如一輛遊覽車。

封面圖、藝術家筆下Brane Craft的概念

  但你以為太空垃圾都只是沒有用的「垃圾」嗎?舉凡太空人遺失的一隻手套、和平號太空站丟失的一支扳手與一支牙刷、STS-126任務中飛走的一個工具包,甚至在各大駭客電影中最愛使用的退役通訊衛星都曾是發揮功能服務人們的有用之物;然而一旦它脫離人們的掌控在軌道上橫行,都將成為現今正在或將要升空的人造衛星們揮之不去的夢魘。



圖一、在STS-126任務中丟失、如公事包大小的工具包(畫面中央)圖二、在STS-118任務中遭太空垃圾擊穿的奮進號散熱器(此為進入孔約6.35毫米,擊出孔是它的兩倍大)



  為了防止衛星被破壞,為了守護宇宙的和平,已有為數不少清除太空垃圾的概念被提出,諸如:瑞士提出的太空吸塵器、史丹佛大學的太空夾垃圾機器人、新加坡Aeroscale公司提出用磁鐵吸引的方案、太空雷射槍等等,都各有為數不少的研究團隊在努力研發中。

  人造太空垃圾從美國及蘇聯之間的太空競賽以來的六十年間大量出現,而隨著各國太空任務的進行超過4000次,其數量仍在日漸成長,因此包含NASA在內的太空發展機構都有責任為此盡一份心力。

  為此,NASA創新先進概念計畫(NASA Innovative Advanced Concepts, NIAC)在今年春天資助了50萬美元,用於開發一款長相奇異的太空船。3英尺見方(約0.81平方公尺)的Brane Craft,是由厚度僅有7微米的兩層Kapton彈性塑膠製成,上層印有太陽能電池以及其他電子元件,下層則有負責推進的噴射口,而它所使用的推進燃料則以離子液體態儲存在兩層膜之間約10~20微米的間隙中。整張膜的厚度大約在30微米左右。

  什麼?你說30微米太小你沒有概念?你可以撿起掉在地上的一根頭髮起來看看,他的直徑大約是180微米,也就是說,大約要有6張Brane Craft的厚度才能跟人類的毛髮一樣寬。



圖三、Brane Craft的構造



  太陽能電池會為一款稱為「電噴霧推進器(electrospray thruster)」的引擎提供動力。Brane Craft可以使用一系列「肌肉」來在飛行中改變他的形狀,亦即改變在任一側塑膠膜上的兩個金屬板之間的電壓差,促使塑膠彎曲。而這可能得耗費五天的時間來包裹垃圾,再透過推進器反向施力來降低速度,使物體逐漸降低飛行高度。大約十天左右,Brane Craft將與它包裹的碎片一同在250公里高的大氣層中燒毀。

  因此,價格也將是Brane Craft任務的另一項關鍵,它必須夠便宜,然後在任務結束時能夠犧牲。該計畫希望最後能將發射成本壓低至5000美元。



因此,價格也將是Brane Craft任務的另一項關鍵,它必須夠便宜,然後在任務結束時能夠犧牲。該計畫希望最後能將發射成本壓低至5000美元。



  Brane Craft的重量據估計為每平方公尺35克,大概是一顆方方的9V電池的重量,這與他的功能有關,其創作者希望Brane Craft能夠非常的輕巧、節省燃料,這意味著不單單只是清理垃圾而已,也許在未來的某一天能夠被派去拜訪小行星、衛星 ,甚至是其他行星。

  Brane Craft目前仍然有些需要改進的困難。厚度如此之薄意味著缺乏防禦,有些太空垃圾雖然細小,然而能在軌道上運行意味著他們的秒速超過7.8公里,「我們的設計必須防彈,使得Brane Craft不被這些高速子彈射穿。」NIAC科學家Siegfried Janson說道。而另一項有待克服的難題是如何保護電路不受高能輻射(如太陽風、宇宙射線)影響,因此Janson和他的成員們正在設計一款奈米碳管電路,讓它能在近地軌道(low Earth orbit, LEO)上存活超過一個月。



 



參考資料及圖片來源:

1.科技新報《NASA 派出「阿拉丁魔毯」,追捕太空垃圾並「同歸於盡」》

https://technews.tw/2017/09/08/nasa-leo-brane-craft-spacejunk-artificial-satellite/

2.NASA《Brane Craft》

https://www.nasa.gov/feature/brane-craft

3.NASA《NIAC 2016 Phase I Janson Brane Craft Final Report》https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/niac_2016_phasei_janson_braneconcept_tagged.pdf

4.Popular Science《This spacecraft is thinner than a human hair and can capture space debris》

http://www.popsci.com/space-debris-clean-up-spacecraft

5.Digital Trends 《WEIRD JUNK-SEEKING SPACECRAFTS COULD SOON ‘BAG UP’ OUR SPACE DEBRIS》

https://www.digitaltrends.com/cool-tech/brane-craft-space-debris/

6.Wikipedia《太空垃圾》https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E5%9E%83%E5%9C%BE

7.Wikipedia《Space debris》

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_debris

8.Wikipedia《STS-118》

https://en.wikipedia.org/wiki/STS-118



封面圖、藝術家筆下Brane Craft的概念

https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/niac_janson

圖一、在STS-126任務中丟失、如公事包大小的工具包(畫面中央)

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bye_tool_bag.jpg

圖二、在STS-118任務中遭太空垃圾擊穿的奮進號散熱器

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:STS-118_debris_entry.jpg

圖三、Brane Craft的構造https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/niac_2016_phasei_janson_braneconcept_tagged.pdf

圖四、正在包裹垃圾的Brane Craft

http://www.popsci.com/space-debris-clean-up-spacecraft?utm_content=buffer55e2e&utm_medium=social&utm_source=twitter.com&utm_campaign=buffer



 

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