天文史上的今天：一次特殊的太空實驗，一根20公里長的金屬纜繩

摘要：

1996年2月25日，美國實施一次太空導電纜繩實驗，驗證了這項技術的可行性，實驗取得部分成功。

1996年2月25日，STS-75太空梭任務徽標，由哥倫比亞號太空梭執行

來源：NASA

1996年2月25日，美國哥倫比亞號太空梭執行STS-75任務，其中一項主要工作便是進行「纜繩衛星系統重飛實驗」（TSS-1R），目的是研究纜繩系統在地球電離層中飛行時的電動力學性質。

這是一種電動力纜繩，其主要原理是利用導電纜繩以軌道速度在地球磁場中運動所產生的洛倫茲力，並通過改變電流運動方向改變洛倫茲力方向，以實現對航天器施加推力或者阻力，從而理論上可以在不需要任何燃料的情況下，對航天器進行加速或減速的目的。

利用導電纜繩切割地球磁感線產生感應電流，並通過調整電流在纜繩內流動方向，進而改變洛倫茲力方向，實現對飛船的加速或減速原理圖

漢化製圖：微信公眾號：星空早知道

當然擴展開去，這種技術也可以用於未來航天器在壽命即將結束時的離軌操作。可以設想，未來即將到期的航天器將不再需要消耗燃料，而是只要伸出纜繩，利用洛倫茲力實現減速並脫離軌道墜落，從而減少太空垃圾的污染。

甚至，科學家們還設想直接利用切割行星磁感線產生的感應電流為航天器設備進行供電，這樣也就在蓄電池，放射性同位素熱差電機和太陽能帆板等衛星供電方式之外，提供了一種全新的選擇。

正在從太空梭上釋放的纜繩衛星，它將拉出一根長達20公里的金屬纜繩

來源：NASA

事實上，這項技術設想之前在1992年就已經進行了一次測試，由亞特蘭蒂斯號太空梭在STS-46次飛行期間執行，任務代號「TSS-1」，即「纜繩衛星系統一號」。

在那次實驗中，從亞特蘭蒂斯號太空梭上伸出一根導電纜繩，連接一個直徑1.6米的球形衛星，隨著太空梭在地球磁場中飛行而產生感應電流。這次實驗的目的在於驗證這樣做能否真正產生感應電流，並用於為太空梭上的設備提供電力，類似一種太空發電機。

剛剛開始釋放纜繩的場景，可以看到1.6米直徑的遠端纜繩衛星

來源：NASA

按照原計劃，太空梭伸出的纜繩長度將超過20公里，結果由於機械故障，轉動軸卡住了，纜繩最終只伸出去256米，任務被迫結束。

1996年2月25日，美國宇航局再次進行這項技術的測試，這次由哥倫比亞號太空梭執行，任務稱作「TSS-1R」，即「纜繩衛星系統重飛實驗」。

示意圖：太空梭釋放金屬纜繩實驗

來源：NASA

這次實驗中，太空梭乘員組經過努力，成功釋放長達20公里的纜繩系統，但意外還是發生了：在纜繩全部釋放5個小時之後，纜繩遠端突然發生了斷裂。

後來的診斷顯示這可能與該處絕緣材料發生破損導致的纜繩劇烈防電效應有關。由於離心力影響，遠端連接的圓球衛星迅速飛向了更高的軌道。

即便發生了這樣的意外，但這次任務仍然積累了大量有用數據。實驗顯示，在纜繩完全釋放之後，導電纜繩內的感應電流強度至少是理論預測的3倍以上。

STS-75太空梭乘組和任務徽標，背景是纜繩衛星實驗場景

來源：NASA

編者按：

《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。

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