戍天九思：“实践21号”或是空间碎片清理机器人？中国空间站“贴身保镖”？

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　　据新华社报道，2021年10月24日9时27分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将实践二十一号卫星发射升空。卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。实践二十一号卫星，主要用于空间碎片减缓技术试验验证。

　　最近，笔者看到一些分析文章，感到都没有分析到点子上。因此，笔者写这篇文章，再作一个抛砖引玉。图片

　　什么是空间碎片减缓技术？

　　一方面是预防空间碎片的产生，另一方面通过技术手段减少空间碎片。具体来说，空间碎片减缓技术主要有四种方法：

　　1、捕捉：以飞网、飞爪、机械臂等方式捕捉，将太空碎片集中收集，最终将其推入大气层烧毁。

　　2、摧毁：用高能激光、高能微波加热烧毁，或在远地点发射导弹直接摧毁。

　　3、转移：将报废卫星或空间碎片转移至“墓地轨道”，或让其减速降低轨道后进入大气层烧毁。

　　4、贴身保镖：空间机器人“保镖”拦截，或用自己的“身体”去挡“子弹”，为空间站运行保驾护航。

　　中国空间站同样面临太空碎片的巨大威胁

　　空间站由于体积巨大且长期在近地轨道上运行，遭受空间碎片袭击的风险很大。比如，国际空间站的宇航员在2021年5月12日的一次外部检查中，就发现加拿大2号机械臂竟然被太空碎片击穿了一个洞。

　　加拿大2号机械臂的直径只有35厘米，如此小的面积，相比长110米，宽80的国际空间站来说，简直就像“针眼”一样。然而，太空垃圾还是准确击中了“针眼”，而且穿了过去。

　　国际空间站也曾想办法避开太空碎片垃圾。比如，日本的“希望”号实验舱将一颗100公斤重的卫星发射出去，另带两个立方体小卫星充当太空垃圾。第一次试验中，主卫星抛出捕网，捕获一个立方体小卫星，而后将其拖入大气层，打开捕网，让其在大气层中燃烧殆尽。第二次试验，主卫星以每秒20米的速度，发射一个尾部系有绳索的捕叉，不过这一次并没有对真正的卫星下手，只是测试了它的精准度。

　　▲飞网捕捉废弃卫星示意图

　　全球还有首个清理太空垃圾的商业卫星是ELSA-d ，2021年3月22日由俄罗斯“联盟号——2.1a”火箭，在哈萨克斯坦拜科努尔发射场发射升空，进入 550 公里近地轨道，该卫星来自日本 Astroscale 公司。

　　中国空间站同样面临太空碎片的巨大威胁，发展空间碎片减缓技术势在必行！中国还专门研制了用于航天器被太空碎片击穿的补漏贴。

　　▲发现泄漏位置后，我们有一种类似膏药一样的舱体补漏胶，直接撕开贴上去就可以进行封堵，它可以封堵8至20毫米直径漏洞。平时天和机械臂还可以通过末端相机对舱体表面进行定期巡检排查隐患。

　　“遨龙一号”成功验证机械臂捕捉技术

　　2016年6月25日，我国利用长征7号运载火箭首飞成功发射了“遨龙一号”技术试验卫星。

　　▲“遨龙一号”空间碎片主动清理飞行器示意图

　　“遨龙一号”是一台空间碎片主动清理飞行器，它有机械臂：机械臂可以抓取废弃卫星和太空碎片，并具有将它们带到大气层烧毁的能力。该机械臂系统充分融合了仿生学、机械、电子控制等多学科技术，具备定点停留和不断跟踪绕行目标碎片的能力，既可以让前端保持抓取的灵活性，也可以后端则尽量在抓取过程中保持大的活动空间。

　　据西安交大官方微信号报道，“遨龙一号”由航天一院研发中心抓总，它探测太空碎片不是靠雷达或者红外线手段，而是靠西安交大助力打造的视觉测量系统，能对空间碎片目标进行探测、跟踪和测量，这是它“耳聪目明”的关键所在。

　　由于“遨龙一号”只是长征7号中的6项7个载荷之一，长征7号又是中型运载火箭（近地轨道运载能力不低于14吨，700公里太阳同步轨道运载能力达5.5吨），由此推测，“遨龙一号”应该只是一个初级的小型飞行器，具有机动变轨和抓取空间碎片的能力。

　　国家航天局制订了未来空间机器人发展路线图

　　2016年6月20日，即“遨龙一号”发射前五天，国防科工局总工程师、国家航天局秘书长田玉龙表示，根据我国航天发展的需要，国家航天局制订了未来的空间机器人发展路线图，我国将开展一系列关键技术攻关，使我国空间机器人技术与应用达到国际先进水平。

　　田玉龙还表示，中国在空间碎片清除、空间站建设等需求牵引下，空间机器人及空间人工智能发展迅速，未来还将在空间环境治理机器人等领域开展技术攻关。

　　他还表示，中国未来将在空间在轨服务机器人、月球与深空探测机器人、空间环境治理机器人等领域，开展一系列共性和专业关键技术攻关。

　　对“实践21号”卫星的几点推测

　　笔者认为， “实践21号”卫星，作为专用的空间碎片减缓技术试验星，与单一手段的“遨龙一号”相比，应该看得更远、变轨机动能力更强、空间碎片清理手段更多、更加智能。

　　推测一：“实践21号”卫星用长征三号乙运载火箭发射，说明这可能是一颗质量很大的高轨卫星。因为长征三号乙的地球同步轨道运载能力（GTO）有5.5吨，主要用于发射地球同步转移轨道重型卫星、轻型卫星一箭多星、北斗导航卫星及它轨道卫星的发射。笔者推测，这很可能是在高轨道，变轨能力较强。

　　▲上海航天技术研究院官网展示的星罩组合体吊装

　　推测二：“实践21号”卫星由航天科技八院（上海航天技术研究院）抓总研制，拥有电磁环境国家级重点实验室、八院激光探测研发中心等科研部门，主要是研究火箭、导弹和智能装备的。笔者推测，“实践21号”应该是一个大型的高级的飞行器，也可能是“遨龙一号”的创新改进型，具有较强的机动变轨能力、大范围空间碎片侦测能力和智能抓取空间碎片的能力，也可能具有激光摧毁空间碎片的能力。

　　推测三：“实践号”卫星是中国科学试验卫星系列，代表着中国卫星研发的最高水平。“实践21号”是验证太空碎片减缓技术的专用卫星，说明这很可能是按照国家航天局制订的未来空间机器人发展路线图研发的空间碎片清理机器人，可能具有多种空间碎片清理手段，也是中国反卫星手段的国之重器。“实践21号”可能更加智能，具有智能感知和多种捕捉空间碎片能力。比如，机械臂捕捉、飞网捕捉、激光摧毁、贴身保镖等多种空间碎片清理能力！

　　由此可见，下一步“实践21号”，可能发展成为空间碎片清理机器人，也可能发展成为中国空间站的“贴身保镖”。