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近年來，我國在航空航天所取得成績舉世矚目。不過，我們的老鄰居日本在此領域的發展同樣不遜於我國，尤其是近日來“隼鳥二號”航天器釋放三枚機器人，成功登陸小行星“龍宮”尤其引人奪目，實現了人類航天史上又一重要里程碑，可以說走在了世界的創新性航天技術前列。
最近，來自日本東北大學（Tohoku University）的研究人員在軌道太空垃圾清除領域又取得了不小的成績，其與澳大利亞合作完成的螺旋式等離子推進器（發動機）被寄予厚望。
由於數十年的航天發展，地球目前已經被太空碎片所包圍。這種太空垃圾隨時有可能會與在役衛星發生碰撞，不僅會對航天器造成損害，還會製造出成更多的碎片形成惡性循環。科學家表示，如果我們沒有任何補救措施，不遠的將來將很難繼續維持人類的空間活動。為了營造並維護一個安全的空間環境，太空碎片的主動清除或脫軌是一項全新的技術挑戰！
為了解決這一難題，迄今為止科學家們已提出了多種太空垃圾清除和脫軌的方法，包括接觸法（機械臂回收、繫繩網捕獲，電動繫繩捕獲）和非接觸法（激光摧毀、等離子束噴射等），其中非接觸式方法被證明更加安全。東北大學副教授Kazunori Takahashi認為，等離子束噴射法將是未來首選。
Takahashi教授與澳大利亞國立大學的研究人員共同完成了以等離子束噴射為原理的衛星模型研究。
這一方法需要利用從衛星噴射出的等離子束向太空碎片施加推力，從而使其減速、降落到較低的軌道高度，最終重新進入地球大氣層並自然燃燒。然而，根據動量守恆規則，將等離子束射向太空碎片會使衛星向相反的方向加速，如此一來就難以保證太空碎片和衛星之間的距離不變，增加了隨機性。
為了安全有效地清除碎片，就必須在衛星上安裝兩個推進系統並向相反的方向噴射雙向等離子束。但這樣又打亂了衛星系統集成，減小衛星的重量和尺寸是必須面對的難題。“如果可以通過單個高功率推進系統進行碎片清除，將對未來的太空活動具有重要意義” Kazunori Takahashi教授說道。
日本和澳大利亞團隊的研究表明，螺旋式等離子推進器可以使用單一推進系統進行空間碎片清除操作。在實驗室模擬操作中，雙向噴射的等離子推進器的等離子體羽流通過磁場和氣體注入得到精確控制，在對碎片施加力的同時，保持推進器（和衛星）的穩定（合力為零）。
螺旋式等離子推進器是一種無電極系統，具有高比衝、高功率、高效率之特點，且具備長時間運行的能力。這一發現與現有的激光、機械臂等解決方案有很大不同，或將為未來可持續的人類空間活動作出巨大貢獻！
作者/朱張航宇
參考文獻：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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