受核聚变反应堆启发的推进器可清除空间碎片

这是一种应对凯斯勒综合征危险的新潜在解决方案。

这种主动碎片清除方案采用磁喷嘴射频等离子体推进器，等离子体羽流从左右两个出口同时喷射。通过向碎片喷射等离子体羽流产生减速力，同时通过反向喷射另一束等离子体保持推进器的净推力为零。

目前多个实验室正在研究凯斯勒综合征的解决方案——当地球低轨道碎片过多时，火箭将无法避免与报废设备的超音速部件碰撞。虽然我们尚未完全失去进入太空的能力，但若不采取行动，这一天终将到来。日本东北大学研究人员提出一种新颖方案，利用核聚变反应堆中常见的磁场类型，通过等离子束减速碎片，同时通过另一侧相等的反向推力保持自身平衡。

非接触式清除技术优势

研究人员主要开发两类离轨系统：接触式和非接触式。接触式系统通过网兜或抓钩等物理接触碎片，使其减速至安全离轨。但该方法面临挑战，因为大多数碎片处于失控旋转状态，可能意外移动并摧毁试图接触的卫星，反而加剧问题。

因此非接触式方法更具优势，它使离轨系统能在数米外保持距离的同时影响目标速度。通常采用激光、离子束或等离子束等技术，将目标减速至安全离轨。等离子束离轨系统面临牛顿第三定律的挑战：当等离子体射向目标时，会推动操作系统远离报废目标，相当于小型等离子推进器。随着距离增加，等离子体的减速效果减弱。

双向推进器突破

为解决此问题，研究人员在2018年提出双向推进器概念，通过反向等力抵消等离子体的推力，从而保持位置。但当时推力过弱，无法有效离轨较大目标。因此研究人员通过引入"尖点型"磁场改进设计，该磁场通常用于核聚变反应堆防止等离子体与磁腔壁相互作用。磁场尖点是两个相反磁场相遇抵消的点，产生力的快速方向变化，从而形成更强等离子束。

实验显示，新系统比原有"直场"系统推力提升20%，在相同功率下产生17.1毫牛顿推力。当功率提升至5千瓦时，减速力增至25毫牛顿，接近离轨1吨碎片所需的30毫牛顿目标。该技术还具备使用廉价氩气替代氙气的优势。

技术挑战与前景

尽管取得进展，该技术仍需完善：实验在真空舱进行，推进器距目标仅30厘米，而实际轨道环境需保持数米距离；碎片减速时会相对移动，系统需在保持距离的同时持续喷射减速束；双向推进器燃料消耗是其他方案的两倍，持续100天作业将消耗大量燃料。

尽管如此，这项应对潜在灾难性问题的创新方案仍具价值，研究人员将继续开发原型系统。未来或许能目睹双推力等离子引擎清除大型空间碎片的场景。