卫星“牌照”应用与火箭二次发动将能会阻止太空垃圾撞击

1月29日，两颗已 废的卫星几乎相撞，它们的近距离呼叫（这些物体相距约154英尺或47米）再次引起了人们对地球上空一个日益严重的问题的关注：一团太空垃圾。

绕地球运行的空间碎片的概念图

根据美国宇航局的数据，数百万个物体组成了这个轨道垃圾场，在那里飞驰的碎片可以达到接近18000英里/小时（19000公里/小时）的速度，大约是子弹速度的7倍。美国宇航局在2013公布的 告显示，大约500000块碎片至少是大理石大小，大约20000个物体是垒球大小或更大。

此外，小型卫星cubesats的激增也加剧了混乱。据洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）称，这些4英寸长（10厘米）的立方体仅重3磅（1.4公斤），发射成本从4万美元开始；私营公司委托数千人收集数据，提供互联 和无线电服务。

洛斯阿拉莫斯的专家告诉《生活科学》，随着空间拥堵的加剧，航空工程师们正在竞相开发能够防止坠机的技术和系统，以保护正在工作的卫星、未来的太空任务以及地面上的人员和财产。

大约5000颗卫星载着有效载荷进入我们星球的轨道，但只有大约2000颗卫星活跃并与地球通信，洛斯阿拉莫斯空间和遥感科学家大卫·帕默说。

他告诉《现场科学》：“目前，当某个物体发射时——一次发射可以发射100颗或更多卫星——操作员和空间监视人员必须跟踪火箭释放的每一块空间硬件，并分别确定哪一块是哪一块。”

帕尔默是开发一种卫星电子牌照项目的主要调查员。这将允许轨道飞行器在太空中一直广播其所有者和位置，即使在卫星停止运行后也是如此。

所谓的车牌号大约有拼字板那么大，小到连小立方体都能装得下。它被称为极低资源光学识别器（ELROI），用每秒闪烁1000次的激光产生一个唯一的识别码——卫星许可证号。闪烁产生的图案转化为一系列的代码，可以通过地面上的望远镜读取，识别卫星的所有者和坐标。

由于ELROI由自己的太阳能电池供电，它可以在卫星寿命结束后继续与地球“对话”。而且由于ELROI体积小、重量轻，不需要外部电源，因此它可以很容易地连接到没有无线电发射器的太空硬件上，例如发射卫星到太空并最终成为自由漂浮垃圾的火箭。

来自极低资源光学标识符（ELROI）块的信号可以帮助降低空间垃圾漂移位之间崩溃的风险

通过为不断增加的空间碎片云中的单个物体提供可跟踪的数据，ELROI可以在阻止碰撞方面发挥关键作用。帕尔默说，它甚至可以监测工作卫星的无线电传输，并在通信中断时向运营商发出警 。

“除了识别功能外，它还可以用作低带宽诊断功能。因此，这也将有助于减少太空中损坏的卫星数量车牌技术只是解决方案的一部分，但它是重要的一部分。”

真空点火试验证明火箭燃料可以多次燃烧

当火箭将卫星送入轨道时，它们通常会同时耗尽所有燃料。不过，洛斯阿拉莫斯研究工程师尼克·达尔曼在接受《现场科学》采访时说，向火箭加注一种可以反复重新点火的燃料，可能会给地面操作人员提供另一种选择，使卫星免受太空坠毁的影响。

开发这种新方法的项目负责人达尔曼说：“我们在洛斯阿拉莫斯一直致力于制造一种固体火箭（一种使用固体燃料的火箭），你可以在那里启动它，停止它，然后再重新启动它。”。他解释说，即使在卫星进入轨道后，能够重新点燃火箭的燃料，也可以使太空硬件改变航向，以避免潜在的碰撞。

达尔曼说：“我们已经逐渐成熟了火箭是一个集成到卫星上的有效载荷的概念。”可能，在卫星与运载火箭上层分离多年后，我们的有效载荷可能会被要求执行紧急轨道碎片规避机动。”

自20世纪60年代以来，科学家们就知道，快速减压固体燃料火箭的燃烧室可以在点火后熄灭燃烧。对于达尔曼和他的同事来说，挑战是建立一个可重复使用的点火系统，并结合一种快速减压的机制。

另一个挑战是如何重新点燃燃料，因为点火器通常会在第一次燃烧时被摧毁。为了解决这个问题，科学家们决定不使用传统的烟火点火器。取而代之的是，他们在燃烧室内将水分离成氢和氧，然后用电极点燃，产生火花。然后，研究人员通过减压来扑灭烧伤。