中国研究人员设计可重复使用的自折叠网状薄膜，用于多次捕获太空碎片
精选图片： [混合网状薄膜捕获系统的部署序列示意图；图片来源：Yu et al.，Space：Science & Technology 2026]
中国研究团队针对轨道碎片清理中最棘手的问题之一,,一次性捕获系统的高成本,,提出了一种新方法。他们的设计发表在《Space：Science & Technology》期刊上，利用嵌入在薄膜中的形状记忆合金，可以展开、捕获一块碎片，然后重新折叠起来以便用于下一个目标。
这一概念解决了一个根本性的经济障碍。在2018年的RemoveDEBRIS任务中，空客公司和萨里航天中心证明了轨道网可以成功捕获碎片，但该网是一次性系统。一旦发射，它无法收回或重复使用，这意味着每一块碎片都需要自己的专用任务，成本极其高昂。
这项新设计由中国科学院和电子科技大学的研究人员于双清、刘金国和赵鹏远开发，将形状记忆合金丝嵌入仅10微米厚的多层柔性薄膜中,,大约相当于保鲜膜的厚度。
工作原理
捕获过程从追踪卫星识别出一块碎片并与其并排飞行开始。四个抛射体（论文中称之为”质量子弹”）以30度角发射，每个抛射体通过系绳连接到折叠薄膜的一个角落。当系绳拉紧时，多层薄膜展开并扩散以包裹住碎片。
接触时，形状记忆合金丝保持薄膜的包裹形状，牢固地固定住碎片。追踪卫星随后通过系绳将捕获的碎片拖到安全的再入轨道，使其在大气层中烧毁。
关键的创新在于释放之后：施加电流时，形状记忆丝恢复到预设的折叠形状，将薄膜拉回存储容器中。追踪器随后可以前往下一个目标。
该薄膜包含四层：用于指挥和控制的电子层、用于机载电源的电池层、用于展开和收回的形状记忆合金丝，以及用于结构强度的金属网层。
仿真结果
该研究目前纯粹是数值模拟阶段,,技术成熟度1-2级，意味着该概念已通过动力学建模得到验证，但尚未进行物理原型或轨道测试。使用多粒子方法的仿真确定30度是从追踪器部署的最佳角度，在2米部署距离处产生3,374牛顿的力。
该系统设计用于各种形状的小到中型碎片，包括旋转和不规则物体。它不需要目标具有对接接口或进行协作,,这是相对于机械臂方法的重大优势。
研究人员承认存在显著局限性：薄膜必须在仅10微米厚度下承受巨大力量，模拟忽略了太阳辐射压和大气阻力，并且形状记忆合金在太空中热循环下的大规模行为尚未得到充分表征。
更大图景
轨道碎片清除的经济性长期以来一直是该领域的致命弱点。NASA的成本效益分析显示，移除50个统计上最令人担忧的大型碎片物体可带来约30亿美元的风险降低收益。但鉴于轨道上约有40,000个已编录物体，且巨型星座导致的拥堵日益加剧，每个碎片的清除成本必须大幅下降，主动碎片清除才能变得可行。
形状记忆薄膜概念距离轨道部署还有数年乃至数十年的时间，但它开辟了一条设计路径，未来单一追踪卫星可以在一次任务中处理多个碎片。其他中国团队也在探索互补方法；天津大学的一个团队最近开发了一种使用超弹性镍钛合金的触手状连续体机械臂，用于精细碎片捕获。
婷 翻译