科学家给卫星设想了一个无推进剂推进系统,或将提高卫星寿命,减少太空垃圾

我们都知道,人造卫星都有寿命,一旦寿命尽了,就会变成没用的太空垃圾。那么问题来了,为什么人造卫星不能长生不老呢?

其实啊,一个很重要的原因就是,卫星携带的推进系统完蛋了,所以无法再进行轨道修正,然后被迫变成了流浪汉。

说到这,可能会有人认为,卫星的发射、入轨全靠火箭。其实不然,“人生的路啊,要寄几走”这个道理,卫星也是很明白的呢。目前,对于几乎任何一颗卫星,推进系统都是必备的,因为它实在是太重要了。

因为,即便今天的火箭发射技术已经日趋完善,但它也只能将卫星送入预订的轨道高度和轨道倾角上,剩下的都由卫星自我推进。对于探索外太空之类的复杂任务,推进系统的重要性基本排名第一。

例如探月任务,火箭只能将其送出地球几百公里,但目标却是远在 38 万公里外的月球,这个过程就需要经历复杂的机动过程。

推进系统还有一个非常非常重要的作用:修正宇宙环境造成的轨道偏移!

例如,对于一颗飞在地球附近几百公里的卫星而言,需要考虑的影响就包括:地球非均匀的重力场(比如喜马拉雅山和太平洋的引力影响不同),月球、太阳甚至木星的引力摄动,地球海洋、陆地和大气的潮汐,太阳光和地球反射的太阳光对卫星造成的压力,极其稀薄大气造成的阻力等等因素。

在这些因素影响下,卫星会逐渐偏离轨道,此时必须依靠本身推进能力修正。

一个典型的例子是已经入轨近 20 年的国际空间站,它目前飞在距离地面 400 千米的轨道上。可以从图中看出,它的轨道高度深受近地环境影响,如果不加以推进修正,就会迅速降低。

国际空间站入轨前两年度变化

虽然每次货运飞船对接国际空间站后,都会在返回地球前使出绝大部分能量将国际空间站推高,但目前已经是一个 420 吨的庞然大物的它每年都需要自我修正好几十次,并消耗掉高达 7 吨燃料。

除此之外,卫星推进系统还能避免太空交通事故。目前,地球周围已经分布有数亿个太空垃圾,在每秒七千多米的速度下,任何一个都是对正常航天器极其危险的威胁。有的编队卫星也要预防可能发生的碰撞事故。因此,卫星携带推进系统也非常必要。

由此看来,卫星的推进系统真是相当重要了。但是目前推进系统又得依赖推进剂才能工作,推进剂肯定有用完的时候啊,这就是卫星有寿命的原因。那能不能想出一种办法,减少卫星推进系统对推进剂的依赖呢?

日前,西班牙的科学家们提出了一种无推进剂推进系统,这个系统基于洛伦兹阻力原理,可以作为发电机。

简单点说,卫星上连接着一根 2 米长的铝质导线,在经过地球磁场时便产生了电势。卫星便将轨道动量转换成了电能。这时,电能导入卫星导线中,就会产生推力,推进卫星高度上升。

其实很早之前,科学家就想到了这个办法,但是,当时用于卫星的导线材料十分昂贵,而且在太空环境中很容易坏掉。所以一直都没有应用。

这次所用的导线用的材料是由几厘米宽的铝构成的,而且上面被涂了一层特殊物质,这让它可以受得住太空中阳光的暴晒。所以,就其实用性来看,这种材料还是很有前景的。

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