奮起反超，中國“太空拖船”的一路狂飆

出品|網易新聞

導語：3月10日消息，美國國家航空航天局（NASA）2024年科學探索預算為272億美元，其中10億美元計劃開發新型太空拖船。而此前中國的實踐21號（SJ-21）衛星曾讓外媒“如臨大敵”。太空拖船的作用到底有多么重要？中國在此領域的發展現狀是怎樣的？

NASA 預算文件清單

一、“空間碎片”與“太空拖船”

自1957年前蘇聯把全世界的第一顆人造衛星送上天，至今66年的時間，人類的空間活動共制造了數以億計的空間碎片（也叫太空垃圾）。空間碎片的構成主要包括：失效航天器、火箭殘骸、操作性碎片等。碎片彼此相撞又會產生新的二次解題碎片，目前空間碎片數量還在快速增加。按照這種速度發展下去，人類很難找到沒有太空碎片的軌道，清理太空碎片垃圾勢在必行。

空間碎片主要來源分布

根據美國空間監測網（SSN）的數據，地球軌道上10cm 以上太空碎片，數量從 1976 年的約 5000 個增長到了 2018 年的18000 多個，40 多年內增長了近 3 倍；微小碎片（尺寸在 mm 級）的數量更是超過了 200 多億個。

尺寸大于 10 cm 的空間可編目物體的數量變化

中國空間碎片行動計劃首席科學家都亨介紹，“太空垃圾是必須面對和亟需解決的難題。”通常認為大小在1.5厘米至20厘米的碎片具備破壞力。其中，5厘米大小的碎片可使一顆衛星失效，10厘米大小的碎片可將一顆衛星摧毀，一個僅10克重的空間碎片的太空撞擊能量，不亞于一輛以每小時100公里速度行駛的小汽車所產生的撞擊能量，對太空飛行器造成了非常大的危險。

低地球軌道碎片狀態示意圖

太空拖船（Spacetug）最早是1953年美國科幻作家默里·倫斯特(Murray Leinster ) 用它作為太空平臺的續集小說的標題。全世界航空航天業一直都在探索清除地球軌道上“太空碎片”的方法，而太空拖船是一種“可能”的解決方案。雖然太空拖船的想法自 1950 年代就已存在，但直到2020 年，美國Northrop Grumman公司才最終證明一顆衛星有可能安全地抓住另一顆衛星（但那是一次加油任務，而不是脫軌任務）。

二、中國“空間碎片行動計劃”的一路反超

空間碎片成為了近 20 年來航天領域的熱點話題之一，為此各主要航天強國也都積極開展便宜、可靠、高效、安全的空間碎片清除研究。已提出的空間碎片主動清除技術主要包括飛網捕獲、電動力繩、增阻裝置、激光/定向能等，但這些技術目前大都處于理論研究、仿真分析和演示驗證階段，受限于技術難度和成本的制約，很難在短時間內投入工程應用。

中國空間技術研究院副院長，空間碎片行動計劃首席專家李明曾在回答記者時表示， 3.6萬千米高度高軌道的空間碎片，主要是失效的衛星殘骸，對于這種大體及大質量空間碎片，最好的清除辦法一般是采用捕捉方法，這種方法可以采用飛網、飛爪或機械臂的方式將其收集在一起,最終將其拖入地球大氣層燒毀。

2016年6月25日，中國借長征七號運載火箭首飛，成功發射了“遨龍一號”技術試驗衛星，“遨龍一號”是一臺空間碎片主動清理飛行器，它的獨特之處就是在于它的機械臂。這款機械臂可以抓取廢棄衛星和太空碎片，并具有將它們帶到大氣層燃燒的能力。

機械臂捕獲衛星示意圖

“遨龍一號”的機械臂系統充分融合了仿生學、機械、電子控制等多科學技術，具備定點停留和不斷跟蹤繞行目標碎片的能力。既可以讓前端保持抓取的靈活性，也可以后端則盡量在抓取過程中保持大的活動空間。

“遨龍一號”空間碎片主動清除飛行器工作示意圖

2021年6月搭載神舟十二號載人飛船的航天員與大型機械臂搭檔，共同完成艙外活動，再次驗證我國太空機械臂技術的穩定性。

2021年10月24日9時27分，西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功將“實踐21（SJ-21）”號衛星送入軌道的。它是一顆技術驗證衛星，主要驗證的就是太空碎片減緩技術，它不僅能夠精確定位和自由變軌，還自帶一套太空碎片清理設備，有能力清理有危險的太空垃圾。最早可以追溯到東方紅一號衛星的實踐系列是一個神秘龐大衛星系列，我國名字里帶有“實踐”二字的衛星，都不好惹，“SJ-21”衛星其軌道參數就是靜止衛星軌道，主要用于“空間碎片減緩技術試驗驗證”，說白了就是通過技術手段將使得外太空碎片減速，從而墜入地球大氣層燒毀的技術。

“SJ-21”將重1噸的北斗G2衛星拖拽升軌到近1.5萬公里外的“墓地軌道”需要耗費大量的推進劑。而“SJ-21”號執行完太空垃圾減緩任務之后，又回到自己原先的軌道上，意味著它還可以執行新的任務，它剩余的推進劑還有很多，或者是有補充的途徑。充分證明我國的太空加油技術也已經非常成熟了。

三、“SJ-21”衛星讓外媒慌了神

2022年1月16日，美國“突發防務”網站刊發了一篇標題為中國“SJ-21”拖船將垃圾衛星帶向死亡地帶的報告，

圖源：“突發防務”報道截圖

該報道稱，一家美國商業太空監測公司的空間態勢感知首席架構師布賴恩·弗萊厄林26日在美國智庫“戰略與國際研究中心”主辦的網絡研討會上宣稱，2022年1月22日中國“實踐21號（SJ-21）”衛星“似乎正在發揮太空拖船的作用”，它將一顆失效的北斗2號G2導航衛星從擁擠的地球同步軌道上拖離，由此可見，“SJ-21”號衛星，至少具備以飛網、飛爪或機械臂捕捉太空碎片的能力。

“實踐-21號SJ-21”在軌成功捕獲北斗2號衛星

“實踐-21號”衛星清理太空空間碎片模擬圖

畫風一轉，外媒隨即開始懷疑起“SJ-21”衛星的真實意圖。中國的衛星顯然能夠進行近距離操作和對接，也就有能力繼續使用這顆衛星和處理其他后續衛星。美國白宮“太空政策”主任奧黛麗·謝弗1月26號稱：“考慮到這個問題”太空中“衛星與衛星的互動需要規范”

這表明“SJ-21” 試驗成功把美國人嚇壞了，懷疑中國隨時可以根據需要，捕獲敵方重要太空資產，當然這些都是美國沒有任何證據的狂想。

結語：

“SJ-21”號衛星太空碎片減緩技術驗證的成功這是中國航空航天業代表世界向前邁出的重要一步，“SJ-21”衛星從某種程度已經是“太空拖船”了，未來還有很多想象空間，從理論上來看它還可以發展為在軌修理與維護，也可以加注燃料，或者讓失控衛星重新獲得控制，基本上就是一艘太空在軌“維護站”。

對我國來說積極開展空間環境保護行動，不僅能夠展現出我國負責任的航天大國形象，還直接涉及外太空話語權的爭奪，并將深遠地影響到構建未來外太空交通管理體系過程中的利益博弈，對此必須給予強有力的支持和保證。

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