金牛座納星展開離軌帆效果圖。中國航天科技集團八院供圖
近日，隨長征四號乙運載火箭入軌不到一周的金牛座納星，順利展開離軌帆開始被動離軌試驗，搭載的相機成功對離軌帆展開過程拍攝成像下傳。
入軌不到一周，就要告別太空？說起來你可能不信，這顆衛星的事情要從垃圾回收講起。
太空垃圾太多，危害在軌航天器
上海市，實行垃圾分類已經將近3個月了。誕生于中國航天科技集團八院805所下屬上海埃依斯航天科技有限公司的金牛座納星，常能聽見外面的阿姨們發出靈魂拷問：“你是什么垃圾？”
地面上垃圾處理都不容易，太空垃圾清理起來就更麻煩了。金牛座納星覺悟很高：“維護太空環境，要從自己做起。”
從蘇聯發射人類第一顆人造衛星至今，全世界一共執行了4000多次航天發射任務，發射了8000多個航天器，目前在軌運行的大約1500多個。那些已經失效的航天器，以及火箭末子級、火工品操作性碎片、航天器碎片等，大部分在1000公里以下高度的近地軌道上游蕩，一旦發生“剮蹭”，又將制造更多太空垃圾。如今地球附近被記錄在案的廢棄航天器以及空間碎片，已經超過5萬個。
可別小看太空垃圾的危害。它們飛行速度極快，撞上航天器會造成巨大破壞。一塊10克重的空間碎片撞擊衛星，足以將其打穿甚至直接擊毀，從而產生更多碎片。電影《地心引力》中，就描述了這種連鎖反應帶來的災難。
現實中，太空垃圾已經給在軌航天器造成了威脅。最典型的案例是2009年，美國“銥星33”在西伯利亞上空近800公里高度，撞到了已經報廢的蘇聯“宇宙-2251”衛星。這次撞擊不僅直接導致銥星33“身亡”，而且產生了大量碎片，散落在從幾百公里到一千多公里高度的太空中，給后續太空計劃帶來了很大影響。
打開離軌帆回收自我，不給別人添麻煩
要避免太空垃圾在惡性循環中快速“繁衍”，首先要控制其產生的源頭。如何不讓失效衛星成為太空垃圾，尤其是使數量最多的低軌衛星完成使命后重返大氣層銷毀，不污染近地軌道資源，成為航天界研究的重點。
典型的航天器離軌方式分為主動和被動兩種。主動離軌是指航天器在壽命末期，利用自身攜帶的動力裝置進行軌道機動，降低飛行速度并離開運行軌道，逐漸墜入大氣層。2019年7月19日，天宮二號空間實驗室受控離軌并再入大氣層燒蝕分解，少量殘骸落入南太平洋預定安全海域，就是主動離軌的成功案例。
被動離軌是讓航天器借助薄膜帆裝置、電動力系繩、充氣球等外部作用力降低飛行軌道。805所設計師表示，在各類技術中，薄膜離軌帆技術難度低、產品成本低、成熟度高，適用于不同軌道和規格的各類航天器，最有希望產業化應用。
金牛座納星搭載了基于薄膜機構技術的離軌帆載荷，旨在驗證薄膜離軌帆高效收攏和在軌展開技術，并實測離軌效果。該離軌帆裝置展開面積為2.25平方米，收攏時僅有高爾夫球大小，布置在星箭分離機構的內部空隙部位。設計師介紹，該裝置采用先進的微米級薄膜折疊收攏技術，展收比達到國際一流水平，可加裝至各類成熟的小衛星平臺而不占用衛星自身包絡。衛星壽命結束后，只需啟動帆面解鎖指令使其展開，薄膜帆會增大衛星迎風面積，利用軌道上稀薄大氣形成的氣動阻力，讓衛星慢慢減速，逐漸脫離軌道。
以軌道高度750公里，重15公斤的小衛星為例，如果不采取離軌措施，它壽命結束后還能在軌運行近百年。而采用2.25平方米的薄膜離軌帆裝置，衛星離軌時間將縮短至原來的十分之一以內。對于不同軌道高度、不同質量的衛星，設計團隊正在開發標準型系列化離軌帆產品，以滿足各種離軌需求。
據金牛座納星下傳圖片顯示，薄膜離軌帆裝置在軌展開正常，遙測數據顯示衛星狀態良好，姿態穩定。地面人員將持續跟蹤衛星軌道，實測薄膜帆離軌效果。大家不必為它匆匆告別而遺憾，這顆星風風火火登場，就是為了瀟瀟灑灑謝幕。這，正是它的使命。（付毅飛）
