Вадим Романов - Мусор преграждает путь в космос

Специалисты ВВС США рассчитали, что лазерная установка стоимостью около 200 млн долларов, размещённая в районе экватора, способна за два года очистить ОКП на высоту до 800 км. Ученые НАСА в настоящее время активно работают над лазерной "метлой", защищающей орбитальные космические станции от частиц космического мусора диаметром от 1 до 10 сантиметров. Как ранее говорилось, сегодня обшивка МКС способна выдержать удар мусора диаметром менее 1 см, а станции наблюдения на поверхности Земли могут предупредить космонавтов об опасности столкновения с мусором крупнее 10 см. Орбитальные объекты с размерами в этом интервале представляет смертельную опасность для обитателей станции. Разрабатываемый лазер должен закрыть эту брешь в защите. Предполагается, что лазерный испаритель будет автоматически наводиться на цель, разогревать частицу мусора и придавать ей импульс схода с орбиты станции.

Достоинством этого проекта является, пока чисто теоретически, возможности создания активной системы защиты космических аппаратов и высокой эффективности работы по очистке ОКП с поверхности Земли. Существуют и серьёзные технические проблемы, связанные со сложностью систем обнаружения, наведения и сопровождения малых объектов, движущихся с огромными скоростями.

Кроме того практическое воплощение этой идеи входит в противоречие с существующими международными договорами о запрещении размещения в космосе какого-либо оружия, включая лазерное. Проект наземного очищающего лазера формально может рассматриваться как противоспутниковое оружие.

Одним из стандартных элементов оборудования спутников в будущем может стать надувной шар GOLD. Это простое устройство представляет собой наполняемую газом оболочку и небольшой баллон с газом. В нерабочем состоянии GOLD занимает мало места, а в случае необходимости газ наполняет оболочку, и рядом со спутником надувается шар диаметром до нескольких сотен метров. Благодаря трению об атмосферу нашей планеты эта конструкция эффективно тормозит спутник, заставляет его снизиться и в конечном итоге сгореть в плотных слоях атмосферы.

Достоинство данной идеи в дешевизне и простоте реализации на любых космических аппаратах. Проект GOLD обладает рядом неоспоримых преимуществ перед другими аналогичными предложениями. Изготовление таких устройств недорого, эти устройства могут сразу встраиваться в верхние ступени ракет, препятствуя появлению новых единиц орбитального мусора. И, даже если оболочка воздушного шара будет повреждена осколками или частицами мусора, то её жесткости, по словам проектантов, должно хватить для успешного завершения основной функции устройства.

Однако есть и серьёзные недостатки в том, что воздушный шар уязвим для микрометеоритов и частиц пыли, не говоря уже об объектах большего размера. Кроме того, шар может представлять препятствия в нормальном функционировании КА.

Идея использования механического давления света была реализована НАСА посредством запуска на орбиту небольшого спутника NanoSail-D, оснащенного солнечным парусом. Спутник успешно испытал оборудование для развертывания тончайшего полимерного паруса, который продемонстрировал эффективность аэродинамического торможения в разреженной атмосфере на высоте 650 км. Инженерам НАСА удалось поместить парус площадью более 9 м 2и устройство для его развертывания в коробку размером с батон хлеба. Это достижение позволит в дальнейшем оснащать подобным тормозным «парашютом» практически любые спутники. Преимущества паруса заключаются в малом весе оборудования и возможности замедлять и улавливать микроскопические частицы мусора без особого ущерба для главной задачи — увода старого спутника с орбиты. Недостаток видится в невысокой надежности систем, разворачивающих парус; история космонавтики знает слишком много неудач в этой области.

Одним из самых перспективных способов увода отработавших спутников с орбиты признана система EDT, разработанная НАСА. Её работа базируется на принципе закона Ампера, утверждающего что на движущийся проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила. Устройство EDT представляет собой длинный гибкий электропроводящий кабель, на одном конце которого размещается груз, а на другом — спутник. При орбитальном движении система пересекает силовые линии магнитного поля Земли и испытывает воздействие силы, противоположной направлению движения электрического кабеля. Таким образом должно происходить торможение аппарата. С помощью EDT разработчики проекта обещают спустить спутник с высоты 1390 км до плотной атмосферы всего за 37 дней, тогда как без подобного вмешательства он провел бы на орбите Земли 9000 лет.

Полезным "побочным эффектом" использования EDT является генерация электрического тока, который может использоваться бортовой аппаратурой спутника, в том числе для сматывания и разматывания кабеля. Если космический аппарат с помощью собственного генератора (например солнечной панели) преодолеет наведенные токи в кабеле, то орбиту можно наоборот поднять. Таким образом, EDT может успешно заменить ракетный двигатель, в том числе на зондах, работающих на орбитах других планет. По расчётам специалистов НАСА, 20-км кабель сможет вырабатывать до 40 кВт электроэнергии, что достаточно даже для пилотируемых полётов.

Следует заметить, что широкое применение EDT осложняется отсутствием достаточной экспериментальной базы и некоторыми проблемами, связанными с колебаниями двух масс, которые порождают на электрическом кабеле механические вибрационные силы.

Оборонное агентство DARPA работает над проектом большой электродинамической сети EDDE, способной собирать на низкой околоземной орбите фрагменты мусора тяжелее 2 кг. Осуществлять эту идею призван орбитальный «тральщик», представляющий собой группу небольших аппаратов и солнечных панелей общим весом около 100 кг. Каждый модуль EDDE имеет небольшую сеть весом 50 г. Она с помощью специального устройства способна захватывать небольшие объекты, движущиеся со скоростями 2–3 м/с относительно модуля. Планируется, что сеть EDDE будет запускаться в направлении скопления космического металлолома, разворачиваться и спускаться в направлении Земли.

Разработчики сети EDDE планируют её возможность активно маневрировать, обходя спутники и наводясь на новые цели, а захваченный орбитальный мусор в это время продолжит падение в плотную атмосферу.