Масштабы загрязнения
За 70 с лишним лет космической эры на орбите вокруг Земли скопилось от 7 тыс. до 10 тыс. т рукотворного мусора. Насчитали около 15 тыс. фрагментов размером более 10 см, около 200 тыс. — от 1 см до 10 см. И миллионы осколков — менее 1 см в поперечнике. Космический мусор любого размера опасен для космических аппаратов и космонавтов.
Наведение порядка на орбите активно и уже давно обсуждают во всём мире. В России создание аппарата-уборщика включили в федеральную программу. Она развивается, но пока на стадии испытаний отдельных элементов.
Варианты решения
Учёные предлагали концепции уничтожения техногенных объектов, которые сводятся к контактному и бесконтактному.
Контактный путь — это или механический манипулятор, или зацепка гарпуном и буксировка на тросе, или ловля сетью. Проблема в том, что обломки грозят самому аппарату-уборщику.
Бесконтактный подразумевает разные способы: от пены до лазеров. Одним из самых перспективных считают метод внешнего ионного потока.
Суть перспективного способа
Концепцию «ионно-лучевого пастуха» в 2011-м предложили три научные команды: из Испании, Франции и Японии. Суть в том, что аппарат приближается к куску космического мусора и сталкивает его с орбиты ионной струёй.
Базовая идея такая: подлетели к мусору, направили на него двигатель, обдуваем струёй. Это похоже на то, как парашют работает в атмосфере, когда вступает в дело сила сопротивления. За счёт потока частиц аппарат тормозится
—Александр Ледков, доцент кафедры теоретической механики Самарского университета имени Королёва.
Однако дальше — масса сложностей. Например, на разных орбитах понадобятся свои методы.
На низкой околоземной орбите (НОО, высота от 160 до 2000 км) — обитаемые станции и большинство спутников. На геостационарной (ГЕО, 35,8 тыс. км) размещают, например, телекоммуникационные устройства.
Мусор с НОО проще всего сталкивать вниз, чтобы он сгорел в атмосфере Земли. Для ГЕО способ не подойдёт: до планеты слишком далеко. Поэтому ненужные объекты лучше, наоборот, поднимать — на орбиту захоронения, расположенную на 200 километров выше геостационарной.
Всё ближе к цели
В конце ноября сразу две российские научные группы представили результаты работ.
Завкафедрой теоретической механики Самарского университета Владимир Асланов и его коллега Александр Ледков рассказали о своих исследованиях в книге «Динамика пространственного движения и управление космическим мусором при транспортировке ионным потоком».
Учёные узнали: если управлять потоком, можно добиться лучшего результата.
За счёт правильного обдува аппарата, согласно расчётам, удастся сэкономить около 7% топлива
—Александр Ледков.
Космический уборщик должен не просто воздействовать на объект, а развернуть его нужным образом. По расчётам, лучше всего установить ионный двигатель на поворотную платформу, чтобы изменять направление потока.
По мнению авторов работы, метод подходит для удаления с орбиты крупных объектов. Однако есть опасность разрушить под реактивной струей солнечные панели, то есть добавить в НОО ещё больше мусора.
А вот против мелких осколков метод не сработает. Для них нужны другие технологии, например, аппарат-уборщик с пластиной -тралом.
Уборщики из России
Учёные из Самары считают, что для ионного чистильщика можно использовать коммерческие двигатели NEXT-C. Их успешно протестировали в ходе миссии DART, когда с Земли отправили зонд, чтобы атаковать астероид.
У России также есть богатый опыт производства подобных силовых установок. Калининградское ОКБ «Факел» до недавнего времени занимало 10% всего рынка ионных двигателей.
В конце ноября научная группа из Московского авиационного института (МАИ) запатентовала космический аппарат для бесконтактной очистки околоземного космического пространства от мусора. Преобразователь ионного пучка в виде цилиндрической насадки позволяет сузить оток, повысив эффективность.
Также аппарат должен быть оснащён солнечными панелями и двумя электроракетными двигателями, причём со стороны, противоположной от инжектора ионов. Каждая из этих силовых установок установлена на поворотном устройстве с возможностью независимого вращения. За счёт этого удаляемый объект сопровождают на необходимое расстояние. Тяга ионного двигателя компенсируется противоположно направленной. Атаковать куски мусора планируют с расстояния 40–60 м.
Что препятствует уборке
По словам Александр Ледкова, все технологии для аппарата-уборщика с ионным двигателем уже существуют. Для производства нужны лишь решение и финансирование.
Препятствие — высокая цена. По расчётам экспертов, удаление лишь одного крупного объекта будет стоить от 10 млн до 30 млн евро. Второй фактор — юридическая неопределённость, ведь каждый обломок теоретически кому-то принадлежит.
Поэтому пока без проблем можно убирать только свои аппараты. Никакой универсальной процедуры, согласованной и одобренной всеми сторонами, на данный момент нет
— Александр Ледков.
Национальные и международные организации выпускают руководства, как предупредить образования космического мусора. Предпринимаются попытки создать международные программы по очистке околоземного пространства.
Однако все эти документы носят рекомендательный характер и не имеют юридической силы. Одна из причин — опасения, что космические уборщики можно будет применить в военных целях против работающих космических аппаратов.
