中國造一神器清除太空垃圾 美國衛星安全運行也靠它
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（來源：中國航天科技集團官網）
說起垃圾，人們都是一臉嫌棄，但你知道嗎，據說你頭頂上漂浮著重量超過7500噸的垃圾——太空垃圾！太空垃圾是什麼——世界各國衛星最致命的殺手之一。
為什麼這麼說？太空垃圾究竟有何危害？又要如何「撿垃圾」呢？
（一）太空垃圾問題嚴重威脅人類宇航活動
可以說，太空垃圾的歷史就是人類探索太空的歷史。人類每一次發射火箭，無論成敗，或多或少都會留下一些太空垃圾，包括失效的火箭箭體和衛星本體、火箭的噴射物、空間物體碰撞產生的碎塊等。日積月累，太空垃圾對人類太空探索的掣肘已經到了一個不容忽視的地步。
（太空垃圾已經成為了威脅人類太空活動的「定時炸彈」，地球已經被「垃圾光環」所包圍）
事實上，太空垃圾在產生時並不具備穩定的軌道，有相當一部分太空垃圾受到地球引力的作用，又重新回到大氣層並被燒毀。但在軌道上飛行的太空垃圾已經處於穩定狀態，以每秒幾公里的速度高速運行，若是撞上它們可能會嚴重損壞航天器，更會直接威脅到在艙外活動的航天員的生命安全。
一片毫米級別的太空碎片就可以威脅到宇航員的生命安全，一片厘米級別的太空碎片就有可能打壞衛星上的關鍵部件，而一片分米級別的太空碎片就有可能直接摧毀一個航天器。根據保守估計，目前在軌道上飛行的毫米級以上太空垃圾數以億計，尺寸大於一分米的至少有1.6萬片。
在衛星和空間站運作時，地面觀測站必須隨時監控威脅航天器的空間碎片，一旦航天器處於危險時，地面人員將指揮航天器耗費寶貴的燃料進行緊急機動變軌。航天器在碎片靠近時不得不「敬而遠之」，提前規避，這嚴重降低了人類宇航活動的效率。
（衛星爆炸會產生大量的碎片，來源：美國空軍官網）
太空垃圾的數量不可避免地攀升，被動應對終究不是辦法，開發主動抓取清掃空間碎片的「太空清道夫」就成為了一種可行方案。
（二）太空「清道夫」中國造，「遨龍一號」應運而生
儘管中國自身並不產生大量的太空垃圾，但作為《外太空公約》的簽署國，我們承諾控制和減少太空垃圾，並不停嘗試突破空間碎片清理技術，「遨龍一號」 空間碎片主動清理飛行器應運而生。2016年6月25日， 「長征七號」運載火箭搭載著「遨龍一號」，于海南文昌發射升空。
此前，各國針對清除太空垃圾也做了很多測試，例如日本太空研發機構為了清除太空垃圾研發出HTV-6，但這項計劃的核心——「天鉤」飛行器沒有順利釋放，而正式宣告任務失敗。
「遨龍一號」上面裝配了一台小型機械臂，這條「手臂」賦予了它抓取推動各類太空碎片的能力。它的目的是強行控制太空垃圾，但做到這一點並非易事，為了完成設計指標，「遨龍一號」起碼要具備定點停留和不斷跟蹤繞行目標碎片的能力，這要求它對機械臂力度有良好的控制，同時具備強大的機動性和可快速自行識別瞄準的捕獲能力。
（「遨龍一號」作業想像圖，來源：中國航天科技集團官網）
這款衛星秉持著「清道夫」精神，並採用了高效的清除手段，「遨龍一號」清除太空垃圾時並不會集中後運回地球，而是會推動太空垃圾脫離軌道，使其進入大氣層中燒毀。
（三）「遨龍一號」六大「黑科技」，為未來空間站提供技術儲備
「遨龍一號」的出現不僅為中國的太空清掃技術鋪平了道路，同時測試的六項技術創新點對於未來中國大型空間站的建設有著重大意義。
（「遨龍一號」所測試的六大新技術可以直接用於未來空間站機械臂的設計，來源：CCTV）
（1）擁有一雙超能「大手」——模塊化機械臂系統
機械臂我們都知道，而模塊化機械臂又是什麼？實現良好的機械連接和適應任務的組件功能是模塊化的兩大要素，各航天大國都致力於將衛星製造模塊化，以提升在關鍵時刻的衛星製造速度。
通過快速設計工具，「遨龍一號」的機械臂系統被成功安裝於衛星本體的結構板上。在未來，如果有必要，這套機械臂組件同樣可以安裝於其他衛星平台上，成為一款「貨架產品」。
（國產太空機械臂，圖片來源：人民網）
（2）「具備了手臂，手指和關節還得靈活」
偏置中空式模塊化關節與欠驅動三指大容差末端執行器，這兩項技術聽起來比較拗口。可以這麼說，如果將機械臂類比成人類的手臂，那麼中空式模塊化關節就是人類手臂的關節，而末端執行器就像人類的手指。
這款機械臂系統充分融合了仿生學、機械、電子控制等多學科技術，前者保持抓取的靈活性，而後者則盡量在抓取過程中保持大的冗餘空間，經過「遨龍一號」的實際操作試驗，機械臂在太空環境下的可靠性得到了驗證，可以對漂浮的空間碎片和小型廢棄衛星進行抓捕。
（3）擁有一雙善於捕捉目標的「眼睛」，更能掌握好力度
當然了，對於「遨龍一號」來說，有一隻靈巧的手還遠遠不夠，還需要一雙善於捕捉目標的「眼睛」來配合使用。
接觸式欠自由度等小空間測量標定法與多感測器信息融合及修補軌跡演算法，通過衛星上多個感測器的探測，衛星能夠獲取併合成物體的精確軌跡，再根據各項參數實現對未來軌跡的計算。
等到衛星成功靠近並抓取碎片後，機械臂上的感測器會帶來物體的力學性質，使得機械臂能夠掌握合適的力度，防止碎片因為機械臂力度過大而碎裂，或是因為力度較小而逃逸。
（ 「遨龍一號」將用於驗證清理太空垃圾技術，圖片來源：CCTV）
（4）「百鍊成鋼」的模擬實驗裝置
一款衛星造價不菲，進行空間實驗耗資巨大，衛星一旦升空就很難維修，如果有大的設計缺陷只得報廢，但是在地面就沒有這方面的問題，因此，在衛星升空前，在地面採用空間微重力和近似真空的環境裝置，來模擬真實的太空環境以驗證衛星性能和新技術已經成為了最高效、最經濟的方法。
作為一款具有全新功能的衛星，「遨龍一號」上的「關節」和「手指」需要很強的可靠性和耐久度，而「遨龍一號」最終的「手臂」正是在地面微重力模擬環境下不斷調整改進而得到的。
「遨龍一號」作為一款「太空清道夫」，質量較小，本身試驗性質就很濃厚，攜帶的小型機械臂只能捕捉太空碎片，肯定不能用於建造空間站，但這也說明了中國正通過小型機械臂的研發，積累起一整套空間機械臂系統的基礎技術，并力爭為建造未來的更大型的「太空城」鋪平道路。
不可否認，既然「遨龍一號」能夠輕鬆捕獲各類殘骸，那麼它也可以將別國的衛星推向大氣層內燒毀。在「遨龍一號」剛剛發射後，美國戰略武器專家就公開提出了質疑，他們懷疑「遨龍一號」的機動性與靈敏性已經大大超出需要的功能指標，一旦真的有意圖去攻擊，它所具有的力量是完全有可能一舉抓獲別國衛星的。
單從技術角度而言，「遨龍一號」所試驗的主動捕獲技術的確可以用作反衛星作戰。不過從實戰角度來說，在「遨龍一號」上，這種戰術並不具備可操作性。主動捕獲技術用于軍事用途的前提是主動捕獲衛星本身必須具備較大的質量，才能夠有效控制住目標衛星而不受到很大的慣性影響，「遨龍一號」目前並不具備這種條件。
結語
「遨龍一號」的誕生，能夠讓太空更清澈，為各國衛星的工作保駕護航。隨著相關技術的發展，相信追蹤技術更先進、質量更大、不同捕獲模式的「遨龍二號」、「遨龍三號」也會在不久的將來陸續升空……
來源：了不起的中國製造
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