Уже в конце ХХ века проблема «космического мусора» стала одной из доминирующих в деятельности ведущих космических агентств мира. Огромное внимание уделяют ей и в Украине. Ученые государственного предприятия «Конструкторское бюро «Южное» имени М. К. Янгеля» (КБ «Южное», Днепропетровск) работают над различными проектами по созданию систем и средств сбора обломков спутников и других космических аппаратов, бесцельно кружащих по дальним и ближним орбитам.
Свалка на орбите
Обострение проблемы засорения космического пространства привело к созданию Межагентского координационного комитета по космическому мусору (IADC). В Комитет входят национальные космические агентства США, Великобритании, Франции, Германии, Италии, России, Украины, Китая, Индии, Японии и других стран. Опираясь на информацию, полученную от России и США, которые обладают необходимыми средствами контроля и слежения за объектами в космосе, а также на основании расчетных данных, ученые, входящие в состав Комитета, определили, что после 2055 года концентрация космического мусора может превысить допустимый порог.
Это приведёт к так называемому каскадному эффекту, когда столкновения начнутся внутри «мусорных потоков» и вследствие ударов друг о друга станут появляться всё новые и новые, более мелкие неконтролируемые частицы. Катастрофический рост орбитального мусора на низких околоземных орбитах сделает невозможным дальнейшее освоение космоса.
В 2005 году IADC принял решение, которым ограничил пребывание космических аппаратов в космосе 25-летним сроком. Этого периода должно хватить для выполнения основных задач, возложенных на тот или иной спутник. Затем КА надо убирать с основных орбит и транспортных коридоров, чтобы не допустить возникновения критической концентрации космического мусора.
КБ «Южное» готовится к зачистке
Ученые государственного предприятия «Конструкторское бюро «Южное» имени М. К. Янгеля» (КБ «Южное», Днепропетровск) работают над различными проектами по созданию систем и средств сбора обломков спутников и других космических аппаратов, бесцельно кружащих по дальним и ближним орбитам. Научно-исследовательские и конструкторские работы ведутся по следующим направлениям: выделение «зоны захоронения» космических аппаратов (КА) на орбитах, расположенных выше геостационарной на 200 км; возвращение КА и других объектов в приземные слои атмосферы в течение 25 лет с момента прекращения их функционирования.
Академик Международной академии астронавтики, ученый секретарь КБ «Южное» Николай Николаевич Слюняев отмечает, что научные и экспериментальные исследования, проведенные в космосе, позволили выяснить, что вокруг Земного шара находится ионизационное облако, которое может быть использовано в качестве источника питания устройств взаимодействия с магнитным полем Земли. На основе этой модели были разработаны опытные образцы устройств, позволяющих реализовать импульс сил торможения в магнитном поле Земли.
В частности, ученые Роберт Хайт и Роберт Форвард предложили использовать в качестве основных элементов устройства торможения гибкий фал длиной 5-20 километров, коллектор входа ионов из окружающей среды на одном конце и наконечник для «выброса» ионов в окружающую среду на противоположном конце фала. Авторы идеи считают, что при запуске к каждому спутнику целесообразно прикреплять электропроводный «хвост», который мог бы автоматически разворачиваться, как только спутник завершит свой космический путь, и выполнять роль тормозящего устройства.
Фактически в роли тормоза выступает электродинамическая сила, образующаяся в проводнике. При этом отпадает необходимость в размещении стационарного источника энергии на борту космического аппарата, подлежащего уничтожению.
Николай Слюняев, академик МАА
— Это очень важная деталь, так как масса спутника и любого устройства на его борту всегда строго ограничены, — говорит Н. Слюняев. — Вес традиционных средств торможения с двигательной установкой и бортовым запасом топлива составляет ≈20% от веса полезной нагрузки, а вес новых устройств торможения орбитальных объектов всего ≈2,5%. Столь существенная разница достигается за счёт того, что для создания тормозного импульса при взаимодействии с магнитным полем Земли не требуется бортовых запасов энергоносителей.
В КБ «Южное» работают в данном направлении с 2002 года, но, в отличие от американцев, в качестве основного материала фала здесь выбрали упругую металлическую нить, разработанную в этом же КБ, а не искусственные электропроводные волокна диаметром в десятые доли миллиметра. Команда молодых ученых КБ решает задачу, как повысить эффективность самой нити. Активный участник данного проекта, ведущий инженер Анатолий Гордиенко ещё в 2005 году выступил с соответствующим докладом на конкурсе памяти Роберта Хайнлайна. Его версия вызвала большой интерес со стороны представителей различных космических агентств, потому что применение металлической нити, способной самостоятельно разворачиваться в любых сложных условиях, имеет немало преимуществ.
Н. Слюняев уверен, что как только появятся средства, и новый метод будет отработан до конца, все страны примут его на вооружение и перейдут к практическим действиям по очистке космического пространства.
Не менее привлекательна идея по созданию специального транспорта по типу буксира. Космический буксир мог бы, в частности, заниматься очисткой пространства на подходе к МКС, чтобы сделать безопасной дорогу для космических аппаратов, доставляющих космонавтов и различные грузы. В качестве ловушки для мусора предлагается применить крупноразмерное полотно из специального материала. Такой буксир можно было бы снабдить и запасом фалов с узлами крепления к тем объектам, которые понадобится быстро спустить вниз в данном месте и в данное время.
В качестве собственного источника энергии для буксира Российская академия космонавтики имени К. Э. Циолковского разрабатывает бортовой ядерный реактор — долговечный, мощный и безопасный для окружающей среды.
Ещё одна идея КБ «Южное» направлена на решение проблем, возникающих в результате случайных взрывов в космосе. В качестве ловушки для образовавшихся вследствие взрывов и столкновений осколков днепропетровские ученые предлагают использовать необычный шар диаметром 32 метра, «сотканный» из нескольких сотен слоёв (до 400) упругих нитей — таких же, какие предлагается использовать для изготовления фала. Осколки, попадая в этот шар, будут вязнуть в нём, как комары в паутине, независимо от размеров и конфигурации.
В основе метода «ловли» лежит один из законов баллистики: при взрыве в космическом пространстве все осколки через определенный период возвращаются в ту же точку, откуда они разлетелись. По сути, каждый осколок — тот же спутник, он движется по своей индивидуальной орбите. Благодаря современным средствам слежения за космическими объектами, можно будет очень быстро среагировать на ЧП и в считанные минуты отправить в космос ракету-носитель (например, «Днепр»). Примерно через 2 часа шар-ловушка попадет в заданный район и соберёт все осколки. Поскольку на его борту будет установлен двигатель, то «укомплектованный» осколками шар можно будет «перевести» на более низкую орбиту, после чего он достигнет плотных слоёв атмосферы.
