Количество космического мусора на околоземной орбите продолжает стремительно расти. Сегодня вокруг Земли обращаются десятки тысяч отслеживаемых объектов размером более 10 сантиметров и миллионы более мелких фрагментов. Даже частица размером всего несколько миллиметров способна повредить спутник или космический аппарат, поскольку скорость столкновения на орбите достигает нескольких километров в секунду.
Поиск эффективных способов очистки околоземного пространства стал одной из важнейших задач современной космонавтики. Инженеры предлагают самые разные решения — от роботизированных захватов и гарпунов до лазерных систем и специальных буксиров. Теперь исследователи представили ещё одну перспективную концепцию: гибкую мембрану в виде сети, которая сможет безопасно захватывать сложные фрагменты космического мусора без использования тяжёлых механических устройств.
Почему космический мусор становится всё большей проблемой
За более чем шесть десятилетий активного освоения космоса вокруг Земли накопилось огромное количество искусственных объектов.
Это не только действующие спутники.
На орбите находятся:
- отработавшие космические аппараты;
- верхние ступени ракет;
- защитные панели;
- элементы конструкций;
- обломки после столкновений;
- фрагменты, появившиеся в результате взрывов топливных баков и аккумуляторов.
Каждый новый запуск увеличивает количество объектов, а каждое столкновение способно породить тысячи новых обломков.
Почему мусор так трудно убрать
На первый взгляд может показаться, что достаточно просто подлететь к ненужному объекту и отбуксировать его.
На практике всё значительно сложнее.
Большинство фрагментов:
- хаотично вращаются;
- имеют неправильную форму;
- не оснащены специальными точками для захвата;
- движутся с очень высокой скоростью;
- могут иметь острые выступающие элементы.
Попытка жёстко захватить такой объект нередко сопровождается риском появления новых обломков.
Именно поэтому инженеры ищут максимально мягкие способы взаимодействия.
Новая идея — гибкая мембрана
Авторы исследования предложили использовать особую конструкцию, напоминающую одновременно тонкую мембрану и сеть.
Вместо сложных механических манипуляторов аппарат раскрывает лёгкую гибкую поверхность, которая аккуратно охватывает объект.
После этого мембрана постепенно затягивается вокруг мусора, фиксируя его без сильных ударов и резких нагрузок.
Такой принцип позволяет уменьшить вероятность разрушения объекта во время захвата.
Чем сеть отличается от механической «руки»
Традиционные роботизированные манипуляторы требуют высокой точности.
Они должны идеально рассчитать положение объекта, скорость его вращения и момент касания.
При ошибке возможен удар, который создаст новые фрагменты.
Гибкая мембрана работает иначе.
Она:
- охватывает объект сразу с большой площади;
- распределяет нагрузку равномерно;
- уменьшает риск повреждения;
- способна адаптироваться к сложной форме мусора;
- требует менее точного совмещения.
Благодаря этому система потенциально может работать с гораздо более широким спектром объектов.
Какие объекты особенно трудно убирать
Некоторые виды космического мусора особенно неудобны для существующих технологий.
К ним относятся:
- крупные панели;
- остатки солнечных батарей;
- обломки с выступающими конструкциями;
- деформированные элементы спутников;
- длинные балки и фермы.
Именно для подобных объектов гибкая мембрана может оказаться наиболее эффективной.
Почему важна малая масса конструкции
Любой дополнительный килограмм увеличивает стоимость запуска.
Поэтому разработчики стремятся создавать максимально лёгкие системы.
Предлагаемая мембрана практически полностью состоит из тонкого гибкого материала.
В сложенном состоянии она занимает совсем небольшой объём.
После выхода на орбиту конструкция разворачивается до значительно больших размеров.
Подобный подход уже давно применяется при создании солнечных парусов и разворачиваемых космических антенн.
Что происходит после захвата мусора
Сам по себе захват не решает проблему.
После фиксации объект необходимо вывести с рабочей орбиты.
Для этого возможны различные варианты.
Например:
- постепенное снижение орбиты с помощью двигателей;
- использование аэродинамического торможения в верхних слоях атмосферы;
- перевод объекта на безопасную орбиту захоронения;
- совместный контролируемый сход в атмосферу.
Наиболее предпочтительным считается именно управляемое сведение с орбиты, при котором мусор полностью сгорает в атмосфере.
Почему уборку нельзя откладывать
Количество космического мусора растёт не линейно.
Существует опасность так называемого каскадного эффекта.
Если сталкиваются два крупных объекта, образуются тысячи новых обломков.
Эти фрагменты могут столкнуться с другими спутниками, вызывая новые разрушения.
В результате число опасных объектов начинает увеличиваться всё быстрее.
Поэтому специалисты считают особенно важным своевременно удалять наиболее крупные неработающие аппараты и элементы ракет.
Какие технологии уже испытываются
За последние годы было предложено множество способов очистки орбиты.
Среди них:
- роботизированные захваты;
- гарпуны;
- магнитные системы;
- буксиры;
- специальные тормозные паруса;
- ионные двигатели;
- лазерные методы изменения орбиты.
Каждая технология имеет собственные преимущества и ограничения.
Именно поэтому исследователи продолжают искать более универсальные решения.
Почему мембрана может оказаться особенно полезной
Главное достоинство новой концепции заключается в её универсальности.
Гибкая поверхность не требует идеально ровной формы объекта.
Она может адаптироваться к различным размерам и конфигурациям.
Кроме того, такая система потенциально снижает вероятность образования новых обломков во время операции.
Для космической техники это крайне важное преимущество.
Какие задачи ещё предстоит решить
Пока проект находится на стадии исследований.
Перед практическим применением инженерам предстоит проверить:
- надёжность раскрытия мембраны;
- устойчивость материала к условиям космоса;
- способность работать с вращающимися объектами;
- эффективность фиксации различных типов мусора;
- безопасность последующего сведения с орбиты.
Лишь после серии испытаний станет понятно, насколько технология подходит для регулярного использования.
Почему проблема касается каждого пользователя спутниковых сервисов
Сегодня космическая инфраструктура обеспечивает множество привычных сервисов.
Спутники используются для:
- навигации;
- телевещания;
- интернет-связи;
- прогнозирования погоды;
- наблюдения за природными катастрофами;
- научных исследований.
Чем больше мусора появляется на орбите, тем выше риск повреждения этих аппаратов.
Поэтому очистка околоземного пространства становится не только научной, но и экономической задачей.
Будущее орбиты зависит от новых технологий
Исследователи сходятся во мнении, что одной универсальной технологии для решения проблемы космического мусора не существует. Вероятнее всего, в будущем будут использоваться сразу несколько различных методов, предназначенных для объектов разных размеров и конструкции.
Гибкая мембрана в форме сети может стать одним из таких инструментов. Её главная особенность — возможность аккуратно захватывать сложные и нестандартные фрагменты без риска разрушения. Если дальнейшие испытания подтвердят эффективность этой концепции, подобные системы смогут стать важной частью будущих программ по очистке околоземной орбиты и помогут сохранить космическое пространство безопасным для новых научных миссий, спутников связи и пилотируемых экспедиций.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
