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      像放風(fēng)箏一樣放衛(wèi)星 繩系衛(wèi)星的釋放和回收
      www.fjnet.cn?2010-01-12 16:45? ?來源:科學(xué)時(shí)報(bào)    我來說兩句

      美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)家,已經(jīng)向太空中發(fā)射過繩系衛(wèi)星或航天器。在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下,南京航空航天大學(xué)教授金棟平帶領(lǐng)的課題組進(jìn)行了多項(xiàng)繩系控制系統(tǒng)和繩系衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)形的穩(wěn)定性與控制方面的研究。目前,該課題組在實(shí)驗(yàn)室模擬太空環(huán)境條件進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn),已經(jīng)成功地進(jìn)行了繩系衛(wèi)星的釋放和回收。

      繩系編隊(duì)衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)

      “就像照相機(jī)的鏡頭一樣,衛(wèi)星對(duì)地面觀測(cè)的孔徑有限,想擴(kuò)大觀測(cè)范圍就要擴(kuò)大衛(wèi)星觀測(cè)孔徑或用一組衛(wèi)星進(jìn)行編隊(duì)觀測(cè)。如果做一個(gè)孔徑大的衛(wèi)星,成本要比用一組小孔徑衛(wèi)星進(jìn)行編隊(duì)觀測(cè)高出很多很多。而兩者的功能和效果是一樣的。”金棟平說。

      顧名思義,繩系衛(wèi)星就是由繩索系著的衛(wèi)星,它由一根繩索拴在航天器上,或另一顆衛(wèi)星上。如果是幾顆衛(wèi)星間用特殊的繩子系起來,構(gòu)成一定的隊(duì)形就是繩系衛(wèi)星編隊(duì)飛行。

      繩系衛(wèi)星常用來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)和地球礦產(chǎn)資源探測(cè)。此外繩系衛(wèi)星有很多特殊的用途。在離地面120千米左右的上層大氣中,是2微米以下宇宙塵埃的高密度區(qū),這里沒有地面上風(fēng)化的細(xì)砂土、火山噴發(fā)的塵埃、飛機(jī)和航天器燃?xì)獾幕祀s和污染。用繩系衛(wèi)星收集這些塵埃宇宙粒子,并分析它們的化學(xué)性質(zhì),是研究天體演變過程的重要手段。離地面100千米~200千米的地球行星空間,對(duì)飛機(jī)和氣球來說,這個(gè)高度太高;對(duì)衛(wèi)星來說,這個(gè)高度太低,都難以到達(dá);而探空火箭的探測(cè)空域和時(shí)間又非常有限。繩系衛(wèi)星在繞地球飛行時(shí),可充分收集這里的大氣數(shù)據(jù),了解太陽活動(dòng)如何通過高、中層大氣影響地面氣候和天氣變化等。若是一串繩系衛(wèi)星,則可收集到不同高度上的有關(guān)數(shù)據(jù)。

      繩系衛(wèi)星的繩子,如果用導(dǎo)電材料制成,既可以完成衛(wèi)星間的通信功能,又能在衛(wèi)星間相互補(bǔ)充電力。當(dāng)某顆衛(wèi)星的太陽能電池出故障時(shí),可以把另一顆衛(wèi)星的部分能量傳過去,延長(zhǎng)總體使用壽命。同時(shí)這條導(dǎo)線也是一種探測(cè)器。

      科學(xué)家還設(shè)想利用這條導(dǎo)線切割地球磁場(chǎng)發(fā)電,為衛(wèi)星設(shè)備提供能源。1996年,意大利研制的繩系衛(wèi)星,由美國(guó)航天飛機(jī)攜帶,在太空進(jìn)行試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)釋放到距離地面19.3千米,產(chǎn)生了3000伏特電壓,可惜這時(shí)繩索斷裂,繩系衛(wèi)星丟失。

      繩系讓衛(wèi)星收放自如

      “因?yàn)橛^察和探測(cè)的需要,衛(wèi)星編隊(duì)飛行的難點(diǎn)之一就是要保持一定的隊(duì)形穩(wěn)定。”金棟平說,“繩系衛(wèi)星的繩子用特殊材料制成,發(fā)射前繩子縮在一個(gè)容器中,送到太空后,由釋放器將繩子放出,衛(wèi)星在太空中有一個(gè)自旋的力,可以讓繩子保持一定的張力。因?yàn)橄嗷ラg有繩子的約束,用繩子的收、放來保持或改變隊(duì)形更容易些。”

      據(jù)介紹,構(gòu)形的穩(wěn)定就能實(shí)現(xiàn)更大探測(cè)范圍的覆蓋,所以首先要解決的是怎樣的拓?fù)錁?gòu)形是穩(wěn)定的,這樣星間通訊、超聲波定位、激光測(cè)距等才更好實(shí)現(xiàn)。目前簡(jiǎn)單的構(gòu)形有等腰三角形、菱形、菱錐體等多種編隊(duì)方式。不但節(jié)省控制編隊(duì)飛行所消耗的燃料,還可以改善控制精度等。

      “繩系衛(wèi)星非常有利于進(jìn)行空間環(huán)境方面的科學(xué)實(shí)驗(yàn),我們可以像放風(fēng)箏一樣釋放回收,重復(fù)利用?!苯饤澠秸f,“如果某顆衛(wèi)星出現(xiàn)故障,我們也可以從空間站釋放出一個(gè)繩系機(jī)械手,進(jìn)行衛(wèi)星修復(fù),修復(fù)后再將它推到既定的軌道上。”

      這種自如的收放減少了太空垃圾的產(chǎn)生?!岸?,我們也可以做成一個(gè)繩網(wǎng),像用魚網(wǎng)捕魚一樣捕捉太空廢棄物、空間垃圾?!苯饤澠秸f,“我們目前在實(shí)驗(yàn)室模擬太空環(huán)境進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn),已經(jīng)成功釋放回收。目前理論方面的問題已經(jīng)基本解決,下一步就看能否和航空航天院所結(jié)合,和材料方面的研究者一起,將它付諸實(shí)現(xiàn)。”


      責(zé)任編輯:蔡杏
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