大量的太空垃圾云——包含超过23,000个直径大于10厘米的碎片——目前正以平均每小时约36,000公里的速度绕地球高速飞行。随着SpaceX和OneWeb等公司计划在未来几年发射数万颗新卫星，这种危险的杂物可能会对太空任务和宇航员构成越来越大的威胁。一种可能的解决方案可能是电动力绳系，这是一种可以帮助防止未来卫星变成废弃残骸的装置。美国海军研究实验室计划在未来几周内测试这项技术。
11月初，已经进入轨道的绳系电动力推进立方体卫星实验 (TEPCE) 计划在夏威夷毛伊岛上的望远镜的注视下采取行动。地面控制团队正在等待黎明或黄昏时分的理想10分钟时段，届时昏暗的阳光将为观察所涉及的鞋盒大小的航天器提供最佳视野。一旦工作人员触发该过程，TEPCE应该分离成两个相同的微型卫星，由一根公里长的绳系连接，绳系的粗细相当于几股牙线。如果部署顺利，任务可以观察绳系如何与电离层（大部分太空垃圾的轨道所在位置）中的地球磁场相互作用，以改变卫星的速度和轨道；结果可能使未来的航天器能够在绕地球轨道运行时移动——而无需携带笨重的化学推进剂。
“换句话说，它是太空中的帆船，” 意大利帕多瓦大学能源管理工程学教授恩里科·洛伦齐尼说，他没有参与 TEPCE 任务。但电动力绳系技术不是依靠风力，而是依靠支配电场和磁场的物理定律运动。地球电离层中的绳系——一个充满带电粒子（如自由电子和正离子）的上层大气层——可以在一端收集电子，并在另一端发射电子，从而在其自身中产生电流。带电绳系与地球磁场的相互作用产生了一种称为洛伦兹力的推动力，该力在垂直方向上推动绳系。
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TEPCE 的几个组件协同工作以产生必要的电流。分离后，两个微型卫星中的每一个都会展开一条五米长的钢带，可以从电离层收集自由电子。每颗卫星还具有一根钨丝，该钨丝使用来自机载太阳能电池板的电力加热，直到达到可以发射这些电子的温度。这会产生一个电流，该电流从一颗卫星上的电子收集器通过绳系流向另一颗卫星上的电子发射器。
TEPCE 及其绳系部署的示意图。图片来源：Sarah Peterson 美国海军研究实验室
由于每颗系绳卫星都包含这两个组件，因此电流可以沿任一方向流动——具体取决于绳系的哪一端在收集电子，以及哪一端在释放电子。当电流沿一个方向流动时，洛伦兹力会沿与航天器运动相反的方向推动，产生阻力，最终减慢卫星速度并降低其轨道高度。沿相反方向运行电流，洛伦兹力的方向也会反转，从而产生推进力而不是阻力。由此产生的速度增加可能有助于维持或增加轨道高度，从而实现更复杂的操作，而无需任何额外的燃料。
这项任务将侧重于测试基础技术，而不是移动卫星到很远的距离；由于所涉及的电流较弱以及对太阳能电池板的依赖——太阳能电池板几乎无法为普通灯泡提供足够的电力，TEPCE 产生的洛伦兹力将很小。因此，任务规划人员预计地面雷达和望远镜不会轻易检测到绳系速度的微小变化。因此，该团队将致力于测量绳系的电流流量并检查每颗卫星上 GPS 接收器的位置数据。
“能够证明轨道实际发生变化的实际操作需要比我们能够流动的电流大得多，” 华盛顿特区海军研究实验室 TEPCE 首席研究员 Shannon Coffey 说。“所以这是一个实验，旨在表明我们拥有电动力系统正常运行的所有部件。”
TEPCE 的功率（和目标）受到尺寸的限制——该团队必须将所有机载电子设备、传感器、绳系部署装置和其他机构塞进两个相同的卫星中，这两个卫星的总容量约为 3,000 立方厘米，大约是足球体积的一半。通过使用这种微型卫星（通常称为立方体卫星），任务规划人员降低了发射成本，并为 TEPCE 作为二级有效载荷进入太空获得了更多机会。TEPCE 于 2019 年 6 月搭乘 SpaceX 猎鹰重型火箭。
“TEPCE 将在极其苛刻的体积和重量限制下演示电动力绳系推进，” 西班牙马德里卡洛斯三世大学的航空航天工程师兼天体物理学家贡萨洛·桑切斯-阿里亚加说，他没有参与当前的任务。桑切斯-阿里亚加指出，这项技术并非新生事物；他说，1990 年代是“绳系在资金水平和航天机构开展的任务方面取得黄金十年”。总而言之，各项任务成功部署了超过 65 公里的绳系，证明它们可以产生推力和动力。但在 2003 年哥伦比亚号航天飞机不幸失事后，NASA 取消了一项特别雄心勃勃的任务，之后资金和兴趣逐渐减少。
现在，TEPCE 是新一轮太空绳系任务的一部分，这些任务测试了该技术的改进版本，以及它如何帮助移除退役的航天器。桑切斯-阿里亚加正在领导一个名为“用于被动式无耗材离轨套件的电动力绳系技术 (E.T.PACK)” 的独立项目，该项目由欧盟委员会资助。该任务旨在测试连接到未来卫星的绳系如何部署为被动制动器，以便在报废时将报废或退役的航天器拉回地面。
TEPCE 的成功演示也可能为更大的绳系航天器铺平道路。总部位于南卡罗来纳州芒特普莱森特的航空航天公司 Star Technology and Research 正在开发一种名为电动力碎片清除器 (EDDE) 的航天器，该航天器旨在充当轨道拖船：它可以使用网和类似于捕手手套的机械装置来捕获报废的卫星或太空垃圾。该公司帮助设计了 TEPCE 任务的电子收集器和发射器组件，并将当前的测试视为 EDDE 的先驱。“这基本上是一个迷你 EDDE 测试，因为它基于我们的 EDDE 航天器，” 航空航天工程师兼 Star Technology and Research 总裁 Jerome Pearson 说。
一旦 TEPCE 绳系部署，任务结束的倒计时立即开始。这是因为长绳系会产生额外的阻力，这将导致航天器在大约 60 天内在大气层中烧毁。但如果一切顺利，TEPCE 的牺牲性结束可能会标志着清理地球轨道并维护人类进入太空的新时代的开始。