作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2017/7/3 9:27:59
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科学家研制太空抓手
未来或可用于清理太空垃圾

 

本报讯 我们如何在太空中抓住东西?事实证明,这并不是一件容易事儿。吸力抓钩无法在真空中工作,而黏性的化学粘合剂在地球轨道的极端温度下也会失效。因此,工程师们正在制造一种新型夹钳,其灵感来自于壁虎脚掌的底部。

美国斯坦福大学研究人员6月28日报告说,受壁虎吸附墙壁原理启发,他们研制出一种能够抓住太空飘浮物体的机械抓手,有望用来清理回收威胁日益增大的太空垃圾。

近年来,太空垃圾数量迅速增长,导致现役卫星承受着越来越多的威胁,抓取并回收太空垃圾成为重要的研究方向。研究人员经5年研究研制出“壁虎抓手”,从原理上说可以抓取很多种形状、大小、材料的太空垃圾,如太阳能电池板、飞船舱体、燃料箱外壳、火箭外壳等。

壁虎吸附墙壁是靠它们脚上细微毛发与墙壁接触的分子间吸附力。一只壁虎的脚掌上覆盖着一层微小的毛发,它们在接触到物体的表面后就会被压平。而数以百万计的毛发加起来,其表面积的增加足以让壁虎在每一个接触点上都能利用微小的分子吸引力,从而使这种爬行动物能够轻而易举地爬上墙壁。

通过用微小的硅楔子模仿这些毛发,研究人员如今正在制造他们自己的“壁虎抓手”,同时对它在太空中的作用展开测试。

科学家研发的仿壁虎材料运用了相同原理,核心在于有方向的吸附力,也就是说这种材料在平时不粘,而当有切向力的时候就会牢牢吸住物体表面,整个过程几乎不需要进行按压。把两块这样的材料组合成一个抓手,使用时看起来只是轻轻接触物体表面就能粘上去。

目前,“壁虎抓手”原型机分为抓平面和抓曲面两类。抓平面原型机可以抓取任意大小的平面,抓曲面原型机可以抓0.6至2.2米直径的曲面。

测试表明,“壁虎抓手”原型机能抓取并操作重达370千克的目标物体,也能抓取并操作质量不到300克的物体。轻的物体在零重力中很容易被推走,所以抓取小质量物体同样有必要进行测试。

在美国宇航局的“零重力”飞行器中,接受训练的宇航员成功地使用这种从壁虎获得灵感的抓手在由俯冲导致的失重过程中玩接球游戏。研究人员在当天出版的《科学—机器人学》杂志上报告了这一研究成果。

这些微型的钳子甚至被送到国际空间站上,在那里,它们工作得和在地面上一样出色,在几周的测试后,它们仍然粘在墙壁上。

工程师们认为,这些抓手可以帮助实施目前由宇航员完成的自动修复工作,甚至在将来清理地球轨道的太空碎片时也可能派上用场。

太空垃圾又称空间碎片或轨道碎片,是宇宙空间中除正在工作着的航天器以外的人造物体,包括运载火箭和航天器在发射过程中产生的碎片与报废的卫星,航天器表面材料的脱落、表面涂层老化掉下来的油漆斑块;航天器逸漏出的固体、液体材料;火箭和航天器爆炸、碰撞过程中产生的碎片。别小看了这些零零碎碎的太空垃圾,据统计,与大于10厘米的太空垃圾(至少有1.6万个)碰撞或可“杀死”航天器。

自苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来,全世界一共执行了超过4000次的发射任务,产生了大量的太空垃圾。虽然其中的大部分都通过落入大气层燃烧殆尽,但仍有大量太空垃圾残留在轨道上。美国于1958年发射的尖兵1号人造卫星报废后至今仍在其轨道上运行,是轨道上现存历史最长的太空垃圾。

(赵熙熙)

《中国科学报》 (2017-07-03 第2版 国际)
 
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