奇幻电影中的牵引梁可能成为现实

《星球大战：安多》系列是今年的一个惊喜。我们不仅获得了精彩的叙事，让星球大战系列在很长一段时间后获得了新鲜的内容，我们还见证了一个将永远留在我们记忆中的场景。谈论一场太空决斗——一边是叛军领袖卢森，另一边是一艘用牵引光束俘获叛军的帝国主义战舰。

但牵引梁技术可能成为现实。科学家们正在开发一种静电牵引梁，其性能与我们在科幻电影中看到的非常相似。我们离用它来猎杀外星人还有好几光年。它应该被用来清除地球轨道上的太空碎片。

期望很高。得益于地球上最富有的人，商业航天业出人意料地蓬勃发展。埃隆·马斯克、杰夫·贝索斯、蓝色起源、维珍银河……这些都是那些把最有钱的人送上太空旅游的个人和公司的名字。然而，随着对航天工业的重新投资，污染问题也随之出现。在未来几年中，在这场新的太空竞赛中投入巨资的国家（美国、俄罗斯、中国......）计划向已经饱和的地球轨道发射更多卫星。

最终，报废和损坏的卫星以及商业太空飞行产生的所有碎片可能会将轨道变成一个巨大的垃圾场。与正在运行的航天器相撞、粒子撞击地球、金属污染大气层等也是一个巨大的危险。专家警告说，蓬勃发展的航天工业在完全展开翅膀之前就面临着停滞的危险。

静电牵引梁可以起到救援作用，将故障的飞船和卫星移动到安全的地方。目前尚不清楚这是否意味着返回地球进行回收或返回外太空。虽然推力梁不能完全解决空间碎片问题，但与其他提出的处理空间碎片的方法相比，该概念具有几个优点。

一个原型可能花费数百万美元，而一个完整的工作版本可能花费更多。但其建造者表示，如果能够克服财务障碍，牵引梁最早可以在下一个十年投入使用。 “科学有证据，但资金不存在，”项目研究员、科罗拉多大学博尔德分校航空航天工程系博士生凯莉·钱皮恩说。

人造重力是人类技术无法实现的

星球大战系列中所展示的人造重力技术绝对是人类技术无法企及的。但这个概念启发了科罗拉多大学博尔德分校航空航天工程教授汉斯彼得·绍布(Hanspeter Schaub)，他创造了一个更现实的版本。

Schaub 在 2009 年第一次重大卫星碰撞后首次萌生了这个想法，当时一颗正在运行的铱星 33 通信卫星与一艘报废的俄罗斯军用航天器 Kosmos 2251 相撞，将超过 1,800 块碎片送入地球轨道。在那场灾难之后，绍布希望防止类似事件再次发生。为了实现这一目标，他发现我们可以利用带正电和带负电的物体之间的吸引力将它们“粘合”在一起，从而将航天器拉至安全位置。

在接下来的十年里，绍布和同事完善了这个概念。现在，他们希望有一天可以用它来将失效的卫星移出地球静止轨道或绕地球赤道的轨道，其中该物体的速度与行星的自转相匹配，使其看起来好像该物体固定在地球上某一点上方的位置。这将为轨道上的其他物体腾出空间。

静电牵引梁如何工作？

钱皮恩说，静电阻力束将使用配备电子枪的服务航天器，该电子枪可以向报废的卫星发射带负电的电子。电子将使目标带负电荷，同时使服务容器带正电荷。他解释说，即使物体相隔 20 到 30 米的空间，静电引力也会将它们粘在一起。

一旦飞行器和目标“粘在一起”，军人就可以将目标拉出轨道而不用碰它。理想情况下，不起作用的卫星或目标将被拉入距离地球更远的“墓地轨道”。她可以永远安全地漂浮在那里。

项目研究员、科罗拉多大学博尔德分校的博士生朱利安·哈默尔 (Julian Hammerl) 表示，由于电子枪技术的限制以及航天器必须保持一定距离才能避免碰撞，两个航天器之间的静电吸引力将非常弱。因此，服务飞船的移动速度必须非常缓慢，可能需要一个多月的时间才能将一颗卫星完全移出轨道。

哈默尔总结道，速度是“科幻小说与现实之间的主要区别”。

优点和局限性

与其他提出的空间碎片清除方法（例如巨型网、鱼叉和物理对接系统）相比，静电曳力束有一个主要优势——它无需接触即可工作。

哈默尔说：“校车大小的又大又死的航天器旋转得非常快。” “如果你用鱼叉射击或使用大网，身体接触可能会损坏正在运行的航天器，从而加剧空间碎片问题。”

科学家们提出了其他非接触方法，例如使用强大的磁铁，但制造巨大的磁铁非常昂贵，并且可能会干扰服务船的转向系统。

静电牵引梁的主要限制是它的速度，或者说该方法很慢。已经有超过 550 颗卫星绕地球运行，我们预计这个数字在未来几十年内将大幅增长。

如果卫星一个接一个地移动，单个静电牵引梁将无法跟上到达寿命终点的卫星的数量。我们需要更多这样的人。静电拖曳束的另一个限制是它的运行速度太慢，无法实际清理较小的太空碎片。

最大的障碍是成本。绍布表示，该团队尚未对这项新技术进行全面的成本分析，但可能会花费数千万美元。不过，一旦服务飞船进入太空，其管理就会相对高效。

未来几年，他们将面临哪些障碍？

研究人员目前正在科罗拉多大学博尔德分校的等离子体-航天器相互作用静电充电实验室（ECLIPS）进行一系列实验。一个浴缸大小的金属真空室配备了电子枪，使该团队能够“进行目前几乎无人能做的独特实验”。因此，它们在较小的范围内模拟静电效应。

一旦团队准备就绪，最后也是最困难的障碍将是确保第一个任务的资金。此次任务的大部分成本将用于建造和调试拖梁服务船。然而，研究人员理想情况下希望在第一次测试中发射两颗卫星——一颗牵引光束和一个他们可以控制的目标，这意味着对他们的实验有更多的控制，但成本也会增加一倍。

如果融资成功，该项目可能在10年内启动。