日本航天比中国发展还要快？螺旋等离子发动机问世 被寄予厚望

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近年来，我国在航空航天所取得成绩举世瞩目。不过，我们的老邻居日本在此领域的发展同样丝毫不逊于我国，尤其是近日来“隼鸟二号”航天器释放三枚机器人，成功登陆小行星“龙宫”尤其引人夺目，实现了人类航天史上又一重要里程碑，可以说走在了世界的创新性航天技术前列。

最近，来自日本东北大学（Tohoku University）的研究人员在轨道太空垃圾清除领域又取得了不小的成绩，其与澳大利亚合作完成的螺旋式等离子推进器（发动机）被寄予厚望。

由于数十年的航天发展，地球目前已经被太空碎片所包围。这种太空垃圾随时有可能会与在役卫星发生碰撞，不仅会对航天器造成损害，还会制造出成更多的碎片形成恶性循环。科学家表示，如果我们没有任何补救措施，不远的将来将很难继续维持人类的空间活动。为了营造并维护一个安全的空间环境，太空碎片的主动清除或脱轨是一项全新的技术挑战！

为了解决这一难题，迄今为止科学家们已提出了多种太空垃圾清除和脱轨的方法，包括接触法（机械臂回收、系绳网捕获，电动系绳捕获）和非接触法（激光摧毁、等离子束喷射等），其中非接触式方法被证明更加安全。东北大学副教授Kazunori Takahashi认为，等离子束喷射法将是未来首选。

Takahashi教授与澳大利亚国立大学的研究人员共同完成了以等离子束喷射为原理的卫星模型研究。

这一方法需要利用从卫星喷射出的等离子束向太空碎片施加推力，从而使其减速、降落到较低的轨道高度，最终重新进入地球大气层并自然燃烧。然而，根据动量守恒规则，将等离子束射向太空碎片会使卫星向相反的方向加速，如此一来就难以保证太空碎片和卫星之间的距离不变，增加了随机性。

为了安全有效地清除碎片，就必须在卫星上安装两个推进系统并向相反的方向喷射双向等离子束。但这样又打乱了卫星系统集成，减小卫星的重量和尺寸是必须面对的难题。“如果可以通过单个高功率推进系统进行碎片清除，将对未来的太空活动具有重要意义” Kazunori Takahashi教授说道。

日本和澳大利亚团队的研究表明，螺旋式等离子推进器可以使用单一推进系统进行空间碎片清除操作。在实验室模拟操作中，双向喷射的等离子推进器的等离子体羽流通过磁场和气体注入得到精确控制，在对碎片施加力的同时，保持推进器（和卫星）的稳定（合力为零）。

螺旋式等离子推进器是一种无电极系统，具有高比冲、高功率、高效率之特点，且具备长时间运行的能力。这一发现与现有的激光、机械臂等解决方案有很大不同，或将为未来可持续的人类空间活动作出巨大贡献！

作者/朱张航宇

参考文献：Demonstrating a new technology for space debris removal using a bi-directional plasma thruster, Scientific Reports, 8, 14417 (2018). DOI: 10.1038/s41598-018-32697-4

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