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激光前沿|利用激光束从地面“清除”太空垃圾,可行吗?

来源: 发布时间:2024-01-21 浏览量:

总部位于日本大阪的初创公司EX-Fusion正致力于完成一项以往看起来不可能实现的任务:利用地面发射的激光束,精确“捕捉”微小的太空垃圾。

太空中的这些垃圾,大部分源自失效的卫星和火箭残骸。当它们在轨道上高速碰撞时,会产生大量细小的碎片,最小的碎片仅有数毫米,却足以对在轨的宇宙飞船和卫星构成威胁。

近年来卫星星座网络的出现,更是让近地轨道逐渐变得“拥挤”,而这也引发了人们对于太空垃圾问题更深入的思考。

美国宇航局(NASA)就曾多次警告称,未来随着卫星和航空器件发射的爆炸式增长,相关的碰撞风险只会有增无减,而激光等技术或将带来最高效的解决方案。

美国军方目前有能力追踪和识别直径超过10厘米的太空垃圾。然而,随着全球空间活动的日益频繁,对于更小尺寸碎片的追踪与清除需求也越发迫切。

为了应对这一挑战,一些国家已经开始寻求通过卫星技术来解决太空垃圾问题:

位于东京的初创公司Astroscale Holdings,就在计划推出一项服务,利用专门的卫星来清除较大尺寸的太空碎片。

在日本的其他地方,日本卫星运营商天空完美公司(Sky Perfect JSAT)正在联手国家资助的理化学研究所(Riken)以及其他合作伙伴,共同研发一种新型的激光器装置。该装置将被安装在卫星上,上面的激光器能够精确地将太空碎片引导至地球大气层,使其在那里燃烧殆尽。

EX-Fusion的方案则更显得独树一帜,它采用了一种基于地面的方法。这家初创公司巧妙地利用了原本为核聚变研究而开发的激光技术。天基激光器的一个缺点是,它产生的能量要少得多,因为它必须在轨道上产生所有的能量——而地基激光器则避开了这方面的缺陷。

在今年的10月份,EX-Fusion与EOS Space签署了一份谅解备忘录。EOS Space是一家来自澳大利亚的承包商,拥有先进的空间碎片探测技术。

EX-Fusion计划在澳大利亚堪培拉外由EOS Space运营的天文台内放置一个高功率激光器。在第一阶段,他们将致力于建立激光技术,以跟踪直径小于10厘米的碎片。这种尺寸的碎片由于其微小和高速移动的特点,通常很难用激光从地面瞄准。

在第二阶段,EX-Fusion和EOS Space将进一步探索如何通过提高从地面发射的激光束的功率来清除空间碎片。他们的设想是,通过从相反方向向碎片发射激光,使其逐渐减速。随着轨道速度的降低,这些碎片将逐渐坠入地球大气层,并在那里燃烧殆尽。

一般而言,高功率激光通常会与破坏性武器联系在一起。然而,EOS Space公司执行副总裁James Bennett在11月访问日本期间强调,这种用于清除太空碎片的激光器与武器级激光器有着本质的区别。

目前市面上的激光武器主要依赖于光纤激光器,它能切割和焊接金属,通过连续射击产生的热量来摧毁目标,如无人机等。

而捕获和清除太空垃圾所使用的二极管泵浦固态(DPSS)激光,其工作原理是利用激光脉冲对快速移动的碎片施加压力,就像刹车一样阻止它。这种激光技术,为太空垃圾的清理提供了一种非破坏性的解决方案。

EX-Fusion的标志性激光聚变过程涉及二极管泵浦固态(DPSS)激光,这种激光作用于直径仅为毫米的氢燃料颗粒表面,对其进行压缩以引发聚变反应。

“用于摧毁太空垃圾的激光功率虽然比核聚变所需的低一个数量级,但它们所面临的技术挑战是相似的,例如如何通过特殊的反射镜来控制激光束。”EX-Fusion的首席执行官Kazuki Matsuo解释道。

这也意味着,清除空间碎片成为聚变技术商业化进程中的一项有益试验。

EX-Fusion从地面击落太空垃圾的计划面临着精度和功率方面的技术挑战。然而,其优势在于可以在地球上方便地进行改进和维护。

这种技术可以与Astroscale等公司提供的大型碎片清除服务相结合使用,从而更全面地解决太空垃圾问题。

(转载:维科网激光公众号)

 

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