Протягом багатьох років космос описували як величезне, майже порожнє середовище.
Але насправді орбіта Землі розповідає зовсім іншу історію.
>Він стає дедалі більш людним, швидким-і непередбачуваним.
За даними NASA, на даний момент навколо Землі обертається понад 500 000 уламків космічного сміття. До них належать неіснуючі супутники, фрагменти від зіткнень і залишки компонентів запуску.
Усі вони рухаються зі швидкістю до 28 000 км/год, достатньо швидкою, щоб завдати серйозної шкоди космічним кораблям.
І занепокоєння вже не теоретичне.
Чому космічне сміття стало критичною інженерною проблемою
Простір більше не «порожній».
Для операторів супутників і космічних інженерів це стало-оперативне середовище високого ризику.
Навіть маленькі фрагменти можуть:
- пошкодити супутникові панелі
- прокол екранування космічного корабля
- загрожують Міжнародній космічній станції
- змусити аварійні коригування орбіти
NASA підкреслило, що найбільшу небезпеку становить не-відстежуване сміття, яке неможливо постійно контролювати, але воно все ще несе руйнівну енергію.
Іншими словами:
>Найбільший ризик полягає в тому, що ми не можемо побачити вчасно.
Існуючі підходи: відстеження та уникнення
Зараз космічні агентства покладаються на дві основні стратегії.
1. Системи орбітального стеження
NASA та Міністерство оборони США ведуть детальні каталоги відомих орбітальних об’єктів.
Це дозволяє інженерам передбачити потенційні ризики зіткнення.
2. Маневри уникнення зіткнення
Супутники та космічні кораблі оснащено вбудованими-системами, які можуть коригувати траєкторію орбіти, коли виявлено ризик зіткнення.
Однак обидва підходи мають обмеження:
>Вони уникають сміття,-але не видаляють його.
Інноваційний підхід Японії: концепція космічної «рибальської сіті».
Японське аерокосмічне агентство JAXA шукало інше рішення.
Замість того, щоб лише відстежувати сміття, ідея полягає в тому, щоб активно його видаляти.
Для розробки цієї концепції JAXA співпрацює з неочікуваним експертом галузі:
>Японський виробник рибальських сіток із понад 100-річним досвідом у розробці сіток.
Співпраця призвела до розробки електродинамічної системи троса.
Цікаво, що в ланцюжку постачання промислових матеріалів, що стоїть за такими високо-продуктивними аерокосмічними компонентами, такі компанії, як Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd., також підтримують пов’язані галузі машинобудування, постачаючи передові матеріали зі сплавів, такі як інконель, нержавіюча сталь і високо{3}}сплави на основі нікелю-, які зазвичай використовуються в аерокосмічній галузі та високих{5}}температурах середовищ.
Електродинамічна система тросу
Структура, розроблена JAXA, нагадує довгу тонку сітку, що тягнеться за космічним кораблем.
Хоча це не традиційна сітка за формою, вона має спільну ключову концепцію:
>Гнучка, високо{0}}сітчаста структура, призначена для взаємодії із зовнішніми об’єктами на орбіті.
JAXA вибрала сітчастий дизайн замість одного кабелю з однієї важливої причини:
підвищена стійкість до зламів
краща міцність в умовах удару
підвищена надійність у космічному середовищі
Саме тут досвід Nitto Seimo, виробника рибальських сіток, став цінним.
Як працює система
Система не «ловить» сміття фізично в традиційному розумінні.
Натомість він використовує електромагнітне середовище Землі.
Крок 1: Розгортання
Космічний корабель відпускає за собою довгий трос, спочатку довжиною близько 700 метрів.
Крок 2: емісія електронів
Бортовий емітер електронів випускає заряджені частинки в космос.
Крок 3: Електрична взаємодія
Трос збирає ці електрони та стає електрично зарядженим.
Крок 4: Електромагнітне перетягування
Заряджений трос взаємодіє з магнітним полем Землі, створюючи гальмівну силу.
Крок 5: орбітальний розпад
Космічне сміття поступово сповільнюється і рухається на нижчу орбіту.
Крок 6: Повернення в атмосферу-
Згодом сміття потрапляє в атмосферу Землі та безпечно згорає.
Масштабування технології
Поточні експериментальні версії все ще знаходяться в розробці.
За словами інженерів, які брали участь у проекті:
поточна довжина троса: ~700 метрів
майбутні вимоги: від 5 000 до 10 000 метрів
Довші троси значно підвищать ефективність гальмування та здатність видаляти сміття.
JAXA вже провела кілька тестових місій, зокрема:
експериментальне розгортання 2014 року
випробування 2016 року, інтегровані з місією поповнення поставок на МКС
Довгострокова-мета – повністю працездатна система видалення сміття.
Інженерна перспектива: чому це важливо
Космічна інфраструктура все більше залежить від:
- супутники зв'язку
- системи навігації
- Платформи спостереження Землі
- космічні-мережі
Зі збільшенням заторів на орбіті зростає й ризик ланцюгових зіткнень.
Це створює -довгостроковий інженерний виклик:
>Як ми активно підтримуємо безпечне орбітальне середовище?
У разі успіху електродинамічні тросові системи можуть стати частиною глобальної інфраструктури орбітального обслуговування.
Інженерія матеріалів за космічними системами
Хоча орбітальні системи видалення сміття зосереджені на аерокосмічній техніці, їхня продуктивність також значною мірою залежить від сучасних матеріалів.
Високоміцні-сплави, корозійностійкі-сталі та матеріали на основі-нікелю широко використовуються в:
- компоненти конструкції космічного корабля
- системи підтримки супутників
- високо{0}}температурне аерокосмічне середовище
- вузли,-пов’язані з приводом
Наприклад, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. постачає промислові-матеріали, такі як нержавіюча сталь, дуплексна нержавіюча сталь, інконель та інші сплави на основі нікелю, які зазвичай використовуються у складних інженерних додатках, де міцність, стабільність і термостійкість є критичними.
Заключні думки
Концепція японської космічної мережі означає зміну мислення.
Від пасивного уникнення:
>«Як нам уникнути космічного сміття?»
До активного втручання:
>«Як нам очистити орбіту Землі?»
Хоча система все ще знаходиться на експериментальній стадії, вона демонструє, як міждисциплінарні інновації-поєднання аерокосмічної техніки, електромагнітної теорії та навіть традиційного виробництва рибальських сіток-можуть вирішити одну з найнагальніших проблем дослідження космосу.
Оскільки орбітальний трафік продовжує зростати, подібні рішення можуть стати необхідною інфраструктурою для підтримки безпечного космічного середовища для майбутніх місій.
