導語：由中國航天科技集團八院805所自主研制、配置于火箭載荷艙上的離軌系統6月份在軌順利展開離軌帆裝置，這也標志著我國用于空間碎片減緩的離軌帆在軌應用進入新階段，這是我國治理太空垃圾的重要一步！
一、警惕！地球已被太空垃圾包圍
從1957年10月4日前蘇聯發射人類第1顆人造衛星至2019年下半年，世界航天共執行了4000多次航天發射任務，發射了8000多個航天器，到截止時間太空在軌運行的航天器約有1500多個。在航天任務中，失效航天器以及火箭末子級、火工品操作性碎片、航天器碎片等航天廢棄物成為了不受控制的太空垃圾，其中大部分位于高度1000千米以下的近地軌道上，一旦這些太空垃圾之間或太空垃圾與有效航天器之間發生碰撞，又將制造更多、更細小的太空垃圾。
截至2019年，地球附近被記錄在案的廢棄航天器以及空間碎片已經超過5萬個，由于跟蹤能力和資源的限制，還有更多未被記錄的細小太空垃圾自由漂浮在地球軌道空間。事實上，太空垃圾已經包圍地球，且隨著人類航天活動日盛，更多的太空垃圾正在產生，導致人類航天活動正面臨前所未有的威脅，這對于載人航天尤其如此。時至今日，減少太空垃圾已經到了刻不容緩的地步！
二、人類拿太空垃圾有什么辦法？
要減少太空垃圾，首要問題是從源頭抓起。目前地球軌道的太空垃圾源頭是運載火箭的末子級和失效衛星，主要集中在近地軌道，面對這一軌道區域的新增太空垃圾，最有效的應對方式就是讓其離軌再入。
典型的航天器離軌方式可以分為主動和被動兩種。主動離軌是指航天器在壽命末期，利用自身攜帶的動力裝置進行軌道機動，降低飛行速度并離開運行軌道，從而逐漸墜入大氣層燒毀。北京時間2022年7月27日11時31分，“天舟三號”貨運飛船受控再入大氣層，飛船絕大部分器件燒蝕銷毀，少量殘骸落入南太平洋預定安全海域。“天舟”飛船就是主動離軌航天器的典型代表。
被動離軌具體可以分兩種情況，第一種是對于廢棄航天器放任自流，由其經過稀薄大氣產生的阻力自然降速降軌；第二種是讓航天器借助電動力系繩、充氣球等外部作用力降低飛行軌道，其中，薄膜帆裝置即離軌帆是目前著重發展的方向。
三、給衛星裝上離軌帆，薄如蟬翼的“天使之翼”！
北京時間2019年9月12日，“金牛座”納星搭乘”長征四號乙” 遙三十九運載火箭成功發射，6天后的9月18日衛星順利展開離軌帆開始被動離軌試驗，這是我國離軌帆的第一次在軌試驗。
離軌帆是一種配置在衛星等航天器上的、可在太空中實現自主展開的薄膜結構，基于空間超輕薄膜可展結構技術，離軌帆通過增加航天器的迎風面積，利用低軌環境下稀薄大氣形成的氣動阻力讓航天器逐漸減緩運行速度、降低軌道高度，促使其加速離軌。在隨航天器發射入軌時，離軌帆呈收攏狀態，當航天器壽命結束時帆面解鎖指令啟動，離軌帆面展開，航天器轉入再入過程。
“金牛座“納星配備的是我國首例微納衛星標配式離軌帆，由中國航天科技集團空間結構與機構技術實驗室（依托航天科技集團八院805所）研制，其使用的超輕薄膜極為纖薄，厚度不足頭發絲直徑（0.06-0.09毫米）的1/10，比家用保鮮膜厚度（約0.01毫米）更薄，接近蟬翼0.005毫米的厚度，名副其實的薄如蟬翼！
基于超輕薄膜，“金牛座“離軌帆采用先進的微米級薄膜折疊收攏技術，展收比達到國際一流水平，展開時面積為2.25平方米，收攏時僅有高爾夫球大小，裝置布置在星箭分離機構的內部空隙部位。此類離軌帆可加裝至各類成熟的小衛星平臺而不占用衛星自身包絡。
“金牛座“此行旨在驗證薄膜離軌帆高效收攏和在軌展開技術，并實測離軌效果，成效顯著。此后的“齊魯四號”、佛山一號”、“天樞一號”、“金紫荊二號”等先后發射的多顆商業衛星也配套了離軌帆，實現了離軌帆的應用推廣。
四、世界首創！“向太空垃圾”宣戰
北京時間2022年6月23日，“長征二號丁”遙六十四運載火箭成功發射，3天后的6月26日07:00，配置于火箭載荷艙上的離軌系統在軌順利展開離軌帆裝置。這是目前國內面積最大的離軌帆產品，也是國際上首次將離軌帆應用于運載火箭的艙段。
“長征二號丁”遙六十任務使用的是超大面積離軌帆，結構更為復雜、技術更加先進。帆面材料極為纖薄，厚度不足頭發絲直徑（0.06-0.09毫米）的1/10，通過精確地折疊設計和高密度壓緊，帆面能夠收納成極小的體積，配備先進的彈性展開機構，完全展開狀態下帆面面積達25平方米，是此前微納衛星標配式離軌帆面積的11倍以上。
“長征二號丁”遙六十四載荷艙質量約300千克，如果放任自流只會成為漂浮在近地軌道的大件太空垃圾，而配上離軌帆之后，該載荷艙將大大加快離軌進程，實現2年內再入大氣層。
離軌帆的應用從衛星跨越到火箭艙段，其意義是不言而喻的。以我國為例，2021年我國共進行了55次航天發射，除去1級入軌的“長征五號B”遙二和3次未成功的火箭發射，總計向太空運送了51個火箭末子級，在沒有干預的情況下，這些艙段無疑就成為了新增的大件太空垃圾，將長期滯留太空。而如果在未來的航天發射中給執行近地軌道任務的火箭末子級配上超大面積離軌帆，就能在短期內將新增留軌的末子級減少一大半。
五、四大優勢！最有希望的“垃圾治理”方式！
相比于其它離軌方式，離軌帆有其獨特優勢。質量輕。離軌帆采用了微米級薄膜，厚度只有頭發絲直徑（0.06-0.09毫米）的1/10，且具有輕量化的特點，微納衛星也能搭載。以“金牛座”納星為例，該星總質量約10千克，依然可以配備匹配其規格的離軌帆。隨著航天技術的發展進步，世界衛星小型化已經取得長足進步，小型衛星如雨后春筍冒出，特別是在“星鏈”等大規模星座計劃的帶動下，小衛星的發射數量呈現幾何級數增長，正在成為太空垃圾的主要源頭之一，而輕巧的“離軌帆”則為解決這一問題提供了絕佳方案。
體積小。離軌帆具有高展收比的特點，該裝置采用先進的微米級薄膜折疊收攏技術，展收比達到國際一流水平，可加裝至各類成熟的平臺而不占用平臺自身包絡。同樣以“金牛座“納星為例，其離軌帆裝置展開面積為2.25平方米，收攏時極為小巧，僅有標準直徑為42.67毫米的高爾夫球大小，可布置在星箭分離機構的內部空隙部位。
成本低。離軌帆作為一種輕質大面積薄膜結構，在相同的離軌效率下，其成本優勢明顯。相比于配置推力器的主動離軌裝置，薄膜帆以不到航天器研制成本5%的代價，提供了有效的離軌手段。再以“金牛座”納星為例，其衛星平臺由上海埃依斯航天科技公司研制，該公司標準化衛星平臺精簡版 SL-A質量5-20千克,價格人民幣500萬元起，依此可以推測“金牛座”納星離軌帆的成本接近25萬元。對于各類產業而言，成本在任何時候都是制約產業規模的關鍵因素之一，而低成本也將成為離軌帆推廣應用的關鍵優勢之一。
成熟度高。離軌帆采用的空間超輕薄膜可展結構技術，是當今國際航天領域的前沿技術之一，中國航天科技集團空間結構與機構技術實驗室深耕10余年，實現了由預研成果向工程應用轉化。“金牛座”納星被動離軌試驗開啟了離軌帆的在軌應用，“齊魯四號”“佛山一號”“天樞一號”“金紫荊二號”等多顆商業衛星實現了離軌帆的應用推廣。到了“長征二號丁”遙六十四任務，型號研制團隊在“金牛座”離軌帆的基礎上，進一步突破了多項關鍵技術，實現了離軌帆展開面積增大10余倍的技術跨越，填補了國內中大型航天器及運載火箭入軌艙段增阻離軌能力空白。
在各類離軌方式中，離軌帆除了擁有質量輕、體積小、成本低、成熟度高的優點，同時還有相對難度低的優點，適用于不同軌道和規格的各類航天器。離軌帆的實際效果顯著，可以將廢棄衛星離軌速度提升一個數量級。以軌道高度700千米、質量15千克的小衛星為例，如果放任自流，衛星壽命結束后還將在軌運行120年甚至更久，而通過采用2.25平方米的離軌帆，可將再入的時間降至10年以下。
面對日益嚴峻的太空垃圾問題，人類提出了大量解決方案，而擁有眾多優勢加持，且行之有效的離軌帆最有希望實現產業化應用！
結語：
2021年，我國航天發射總數達到創紀錄的55次，穩居當年世界第一，2022年我國航天發射總數將繼續保持增長之勢，達到60余次。隨著我國航天發射活動日益增長，對于太空垃圾的治理需求也日益迫切，隨著離軌帆應用實踐的逐漸深入，一個航天細分產業正在形成，減緩太空垃圾的中國方案將逐漸嶄露頭角！
