东北大学等离子体推进器为太空碎片清除带来希望

日本东北大学的研究团队开发了一种名为“双向等离子体喷射型无电极等离子体推进器”的新型推进器，旨在解决近地轨道日益严峻的太空垃圾问题。这项创新技术通过非接触方式减缓太空垃圾的速度，使其最终脱离轨道并在大气层中燃烧殆尽，从而避免了传统接触式清除方法可能带来的缠绕风险。该研究成果已发表在《科学报告》上。

太空垃圾，包括报废卫星、火箭残骸及碰撞产生的微小碎片，正以极高速度在地球轨道上运行，对现役航天器构成严重威胁，并可能引发“凯斯勒综合症”，即碎片连锁碰撞导致轨道区域无法使用。

为了克服传统单向等离子体喷射产生的反冲力问题，该新型推进器能够同时向太空垃圾方向和相反方向喷射两股等离子体流，以抵消反冲力，确保清除卫星自身的稳定，使其能够长时间锁定目标并施加减速力。

为了进一步提升效率，该系统引入了一种名为“尖点”（cusp）的特殊磁场结构，用于约束等离子体羽流，防止其扩散，从而增强了减速效果。在模拟太空环境的真空管实验中，该系统不仅实现了自我平衡，还将减速力提升至此前研究报道的三倍。

在5千瓦的输入功率下，该推进器能够产生约25毫牛顿（mN）的减速力，这已接近于在100天内将一个1吨、1米级的碎片脱离轨道的理论需求（约30 mN）。

此外，该推进系统采用氩气作为工质，相较于昂贵的氙气，氩气不仅成本更低，而且储量丰富，这使得大规模的太空碎片清除任务在经济上更具可行性。

尽管该技术在实验室环境中展现出巨大潜力，但未来的研究仍需克服在太空环境中等离子体扩散、束-碎片相互作用以及系统规模化等方面的挑战。通过在大型空间模拟室进行进一步测试，并最终进行轨道演示验证，将是该技术走向实际应用的关键步骤。

若能成功部署，这一创新将为维护地球轨道环境的清洁与可持续性做出重大贡献，确保人类在太空的活动能够安全、有序地进行。副教授高桥和则及其团队研发了这项技术。该研究结果已于2025年8月20日在《科学报告》上发表。