中国研究人员设计可重复使用的网状膜：自我折叠，多次捕获太空碎片
日期: 2026-07-07
精选图片: [混合网状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昂成本提出了一种新方法。他们的设计发表在《Space: Science & Technology》期刊上，利用嵌入薄膜中的形状记忆合金，该薄膜可以展开、捕获碎片，然后自行折叠回去，以便在下一个目标上重复使用。
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，空客公司和萨里太空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，就无法收回或重复使用，这意味着每一块碎片都需要专门的任务，成本极其高昂。
这项由中国研究人员余双庆、刘金国和赵鹏远来自中国科学院和电子科技大学共同开发的新设计，将形状记忆合金线嵌入到仅10微米厚的多层柔性膜中大约相当于保鲜膜的厚度。
工作原理
捕获序列开始于追踪卫星识别出一块碎片并飞至其旁边。四个抛射体论文中称之为”质量子弹”以30度角发射，每个通过系绳连接到折叠膜的一个角落。当系绳拉紧时，多层膜展开并铺开，包裹住碎片。
接触时，形状记忆合金线保持膜的包裹形状，牢固地固定住碎片。然后，追踪卫星通过系绳将捕获的碎片拖至安全的再入轨道，使其在大气层中燃烧殆尽。
关键创新在于释放之后：当施加电流时，形状记忆线恢复到预设的折叠形状，将膜拉回其存储容器中。随后，追踪卫星可以继续前往下一个目标。
该膜包含四层：用于指挥控制的电子层、用于机载电源的电池层、用于部署和收回的形状记忆合金线层，以及用于结构强度的金属网层。
模拟结果
该研究目前纯粹是数值模拟技术成熟度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。使用多粒子法的模拟确定，从追踪卫星出发的最佳部署角度为30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中小型碎片，包括旋转和不规则物体。它不需要目标具有对接接口或具备协作性这是相对于机械臂方法的一大优势。
研究人员承认存在显著局限性：薄膜必须以仅10微米的厚度承受巨大力量，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热循环下的规模化行为尚未得到充分表征。
更大背景
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，清除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。但轨道上约有40,000个已编录物体，且随着巨型星座的部署，拥挤程度日益加剧，单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。
形状记忆膜概念距离轨道部署还需要数年甚至数十年的时间，但它开辟了一条设计路径，使单个追踪卫星可以在一次任务中处理多个碎片。其他中国团队正在探索互补方法；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