去年，欧洲航天局的Sentinel-1A卫星与一小块碎片相撞。幸运的是，其太阳能电池板造成的损坏微乎其微。但它很幸运。欧洲航天局空间碎片办公室主任Holger Krag表示，如果那块太空垃圾稍大一些，就可能粉碎整个电池板。他在今年春季举行的第七届欧洲空间碎片会议上谈到了这一事件。
地球轨道上散布着螺栓、油漆碎片、报废的卫星以及过去任务遗留的其他残骸。超过50万块空间碎片正以高达每小时17,500英里的速度绕地球飞驰。太空垃圾正在堆积，科学家们担心碰撞将变得更加频繁，从而产生更多的碎片。这可能会引发一种滚雪球效应，即碎片撞击其他物体，产生越来越多的弹体，使近地轨道变得拥挤不堪。
“如果这种情况发生，太空基本上就无法使用了，而我们离那一步已经很近了，”NASA创新先进概念（NIAC）计划的项目主管Jason Derleth说。
一些研究人员希望在问题不可避免地增长之前采取行动。今年春天，NIAC奖励了加州埃尔塞贡多航空航天公司（The Aerospace Corporation）的研究人员50万美元，用于继续开发一种外观奇特的航天器，该航天器旨在清理小块空间碎片；几乎就像一个太空吸尘器。这种名为Brane Crafts的微型飞船大约有一码宽，比人类头发还薄。每艘飞船都会缠绕住一块碎片，并将其拉入大气层，在那里它会加热并最终在距地球表面约155英里的地方被焚毁。
“你可以把它想象成一大块覆盖着推进器的保鲜膜，你可以随意卷曲它，”Derleth说。
Brane Craft的创造者希望，每艘飞船都将极其轻巧且燃油效率高。这意味着它不仅可以用于清理太空垃圾。有一天，这些微型飞船可能被派往访问小行星、月球和其他行星。
搜寻
为了创造Brane Craft，开发人员不得不超越传统的航天器思维，因为它们并不适合追逐太空碎片。“试图抓住一个速度如此之快的东西真的非常非常困难，”Derleth说。“与碎片对接意味着你必须精确地匹配其轨道。”
要与比子弹速度还快的碎片会合，处理掉它，然后搜寻下一块垃圾，还需要消耗大量的燃料，使其成本极高。
“Brane Craft的理念是将航天器简化到其绝对最小质量，”航空航天公司的高级科学家Siegfried Janson说。Janson说，目前，发射一颗重约11磅的CubeSat（一种小型化卫星）大约需要25万美元。他的目标是制造出如此轻巧的航天器，每艘的发射成本仅为5,000美元。
目前的设计是一种膜状飞船，尺寸为三平方英尺，重量不到一根香蕉。每艘航天器将由10微米厚的柔性塑料片制成（我们头发通常厚度可达180微米），上面印有薄薄的太阳能电池和电子设备。液体推进剂将储存在这些薄片之间的15至20微米的间隙中。
Janson说，太阳能电池将为一种称为电喷雾推进器的发动机提供动力，该发动机非常节省推进剂。整个飞船也是弯曲的。“基本上，它内部集成了像薄肌肉一样的结构，”他说。这些“肌肉”是由夹在两块金属板之间的聚合物制成的，当电流通过时，它们会改变形状，产生电压差。
这些纤薄的航天器设计得足够轻，可以成群地进入太空。Janson设想将50个或更多Brane Crafts“像一叠披萨一样”一起发射到轨道上。一旦它们到达国际空间站或其他近地轨道点，每一个都可以被发送指令去定位其目标碎片（雷达站跟踪轨道上18,000多个物体，其中大部分是空间碎片）。
Brane Craft可能需要五天时间来机动到碎片附近并将其包围。然后，Brane Craft会点火推进器，朝着与碎片飞行方向相反的方向推，以减缓其速度，使其逐渐下沉到大气层。大约10天后，碎片会足够低，可以燃烧殆尽。
通常情况下，Brane Craft会与其捕获的碎片一起被焚毁；这些航天器的设计目的是轻巧且廉价，以便在任务结束时被牺牲。
在Brane Crafts被释放到绕地球轨道飞行的太空垃圾群之前，还需要相当长一段时间。Janson估计，这些飞船可能在10年左右后准备好发射。他和他的团队正计划利用他们最近一轮的NASA资金来完善他们的设计并开始测试超薄电子设备。
他们仍然需要克服的一个挑战是如何保护航天器免受辐射。这些剃须刀一样薄的飞船将没有屏蔽层来保护其敏感的电子设备免受辐射。Janson和他的团队正在设计碳纳米管电路，这些电路可以在近地轨道外缘附近存活一个月。
制造如此纤薄的飞船也有其缺点。当Brane Craft接近一块碎片时，它很可能会被其他微小碎片撞击。“近地轨道中的微流星体环境通常只是航天器的烦恼；你的太阳能电池和窗户会留下小凹痕，”Janson说。比火箭都无法造成凹痕的岩石碎片或人造垃圾可能会刺穿Brane Craft。“我们必须……设计Brane Craft，使其能够抵御这些微小的子弹。”
向外
Janson和他的团队计划首先将Brane Craft用于清除大小约为5至10厘米（约2至4英寸）的小块空间碎片。这些飞船无法清除废弃的火箭上级等笨重太空垃圾。然而，如果科学家预测即将发生碰撞，一群Brane Crafts可能会被派去将这些碎片推离轨道。
像Brane Craft这样超薄的飞船并非唯一在开发中的太空碎片处理技术。欧洲航天局也在考虑使用机械臂抓手、网、鱼叉和系绳。另一个欧洲团队计划在2017年末或2018年初发射其RemoveDebris任务，该任务将练习用网和鱼叉捕捉CubeSats。总部位于新加坡的卫星服务公司Aeroscale正计划使用磁铁捕获碎片。斯坦福大学和NASA位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室的研究人员设计了一种受壁虎脚启发的抓手，可以抓住卫星和其他大型碎片。
研究人员甚至考虑过用地面激光器轰击碎片。“当你用这些高功率激光器对准地平线上来的物体时，你可以减慢它们的速度，”Derleth说。这比发射航天器并将其送往各个碎片要消耗少得多的能量。然而，这种激光器有可能被用作反卫星武器。
所有这些方法都必须证明其价值。不过，Brane Craft设计的一个优势在于其潜力可以远远超出地球轨道。Brane Craft将极其省油，以至于一艘这样的微型飞船可以往返火星，或者在月球和近地轨道之间进行多次往返。“你可以去太阳系中的任何地方，”Janson说。
他说，Brane Craft还可以用于探索和开采小行星。建造数千艘传统航天器并派它们前往各个小行星的成本将极其高昂。但也许Brane Crafts组成的集群可以访问火星和木星之间的小行星带，并带回样本。
Janson说，最终，这些微型航天器甚至可以帮助保护地球。我们可以制造更大版本的Brane Crafts，或者大规模生产数千艘Brane Crafts，并将它们送去偏转即将到来的小行星。
“这是一种前所未有的新型航天器，我希望人们能够富有创造性地利用它，”Derleth说。
