太空加工有新招，航天器残骸变废为宝

近日，美国1枚猎鹰9火箭发射了大量商业载荷，其中1个载荷仅仅在太空运行了数小时就再入大气层烧毁，却引起了航天界的高度重视，认为它对未来的火星任务、太空制造行业都可能起到重要作用，助力太空垃圾再利用。

节约成本太空“淘金”

这个任务叫做“火星前哨演示-1”，载荷比较简陋，甚至算不上完整的卫星，只是功能模块。“前哨”暗示：火星任务更像是展望远大目标。而根据项目发起人的解释，任务载荷的首要目标是在太空里演示切开金属，却又不产生切屑。

从事过金属切削的人都知道，无论是什么材料的刀具，只要与金属高速接触，必然会把一小部分金属剥离下来，变成细小的金属碎屑。在机械加工车间里，每天都会产生大量切屑，也是工厂固体废物的主要来源。

在地球上，这些金属碎屑可以作为冶金原料，加入机械制造行业的大循环。但在太空至今还没有规模化收废品服务，又是微重力环境，如果按传统方式进行金属切削，切屑就会以数公里/秒的高速乱飞，威力恐怕比机枪子弹扫射还可怕。

那为什么要在太空里切削金属呢？因为项目发起人认为，人类当前的航天器制造模式实在太烧钱了！无论是卫星、深空探测器，还是飞船、空间站，都是在地球上造好后发射到太空里，一旦到寿，往往变成太空垃圾，难以回收。而航天器上的材料大多是高性能、高价值的，直接抛弃太可惜了。此外，为了把航天器送进太空，往往还要使用火箭上面级，又增加了成本。火箭把大质量航天器送入太空，使其达到足够的速度和轨道，还需要消耗大量价格不菲的航天推进剂。

随着商业航天如火如荼，节约成本逐渐受到航天业者的关注。美国SpaceX公司等已经实现了火箭第一级回收复用，那么已经报废的在轨航天器是不是也能考虑“变废为宝”呢？

在太空环境中制造及回收在轨航天器，是航天界长期研究的课题，但截至目前还远远没正式大规模实践，毕竟这方面的难度比地球上的电子产品回收要大得多。

作为高度集成化、异常复杂的工业产品，航天器由不计其数的电子元器件、精密机械零件组成，使用金属、陶瓷、橡胶及各种复合材料。仅以金属为例，既包括航天器结构主体材料铝合金，又少不了合金钢和钛合金，有些位置还要用上金、银、铂等贵金属。随着航天电子设备发展，除利用铜、锌等传统金属材料，锂电池等供电装置也越来越复杂。

从理论上讲，太空“淘金”活动大有“钱”途。最受欢迎的应该是电路板，因为在电子器件的触点上需要涂覆金、银、铂等，只要用特殊液体溶解再提炼，就有希望获得大量贵金属。

可惜暴利的背后是高难度。在地球上，废旧电子产品回收繁琐复杂，仅拆卸、分解作业就需要投入大量人力。但这在太空中是不现实的，特别是把不同属性的材料分解，航天员将面临很大风险，只能期待人工智能技术进展到新阶段。

模拟切火箭暗藏玄机

“火星前哨验证-1”任务发起方、美国纳堆叠公司高级副总裁米歇尔·史密斯表示：“如果人类想进入深空，去火星，去其他地方，必须在太空中建造航天飞行器，而不是完全依赖从地面发射所有部件再组装。‘火星前哨验证-1’任务是朝着这个目标迈出的第一步。今后还有更多载荷用来验证太空金属切割、焊接等技术。”为进一步降低成本，这些金属同样没必要全部从地面发射，太空垃圾提供了充足的原料。

据介绍，“火星前哨验证-1”功能模块包括6个组成部分：测控天线、测控无线电设备、有效载荷、有效载荷天线、有效载荷无线电设备及服务平台。其中，服务平台能为有效载荷提供电力、热控和结构支撑。整个模块相当简约，甚至连姿态控制分系统都没有。

服务平台上没有常见的太阳翼，仅安装了2块锂电池。这就意味着它不可能在轨工作很久，本次任务中有效演示时间不超过10分钟。

具体来说，“火星前哨验证-1”的有效载荷是密封盒子，里面有3片耐腐蚀钢样品，材料和美国即将发射的火神-半人马座火箭上面级外壳相同，大概只有商场优惠券那么大。最重要的设备是美国麦克萨尔公司开发的1台机械臂，前端装有切割工具，可以高速转动，利用摩擦产生的高温来把耐腐蚀钢切开，基本不会产生切屑。

根据2个摄像头提供的操作现场视频，机械臂沿弯曲路径切开了3片金属样品。红外热传感器时刻采集数据，监控整个试验过程。视频和数据都已及时发回地球。

下一个阶段，纳堆叠公司打算在远地点538公里、近地点531公里、倾角97.5度的太阳同步轨道开展类似试验，未来加工目标包括报废的太阳同步轨道卫星。

根据试验材料来看，为谨慎起见，纳堆叠公司瞄准火箭上面级作为太空切削加工对象。火箭上面级的结构相对简单，虽然也有一些电子元器件，但主体还是外壳、储罐、发动机等圆柱形金属构件，主要材料是铝合金和合金钢，用机器人来处理更有可行性。

事实上，把火箭上面级切削成碎片只是第一步——获取太空制造的原材料。接下来，可以考虑把火箭上面级改造成新的航天器，但面临的难度相当大。毕竟航天器设计、制造离不开复杂的工艺和工序，在地球上都是高难度工作，在太空中用废旧器材来制造，连安装精度都难以保证。

从项目名称含有“火星”来看，外界大概可以推测：纳堆叠公司的主要目标并非直接在太空里制造成品，虽然不排除简单加工一些实验舱段，但重点是把太空垃圾处理成原料状态，再运送到火星附近大规模利用。

如今，太空3D打印是航天制造研究的热门领域。如果能在太空中把铝合金、合金钢等还原成粉末状态，提供给3D打印机，就能制造出复杂的新零件。但在太空里很难部署重型金属粉碎机，那么先派机器人把报废航天器切成小块，再转运、粉碎，或许是可行的方案。

然而，这将带来新问题：在无国境的宇宙空间里，报废航天器属于什么性质的资产呢？完整的报废航天器可能相对容易确定“所有权”，那么某种程度的碎片呢？不难预计，只要在轨回收再利用技术大规模铺开，太空垃圾重新拥有价值，企业组织之间、国家之间的纠纷必然愈演愈烈。因此，畅想太空垃圾变废为宝，不仅要攻克技术难题，也不能忽视法律问题。