Российские ученые из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова предложили систему, которая может автоматически собирать космический мусор при помощи тросов, и математически смоделировали ее функционирование. Работающие с искусственными спутниками специалисты планируют использовать прочные тросы, чтобы разворачивать или передвигать их, не расходуя топлива. Результаты работы могут помочь не только в создании спутников, призванных собирать космический мусор, но и для других задач в космосе, где необходимо применение тросов.
Космический мусор, количество которого со временем увеличивается, может представлять опасность для функционирующих спутников и других аппаратов. Большие осколки выведенных из употребления приборов разлетаются на множество частей, от чего вероятность столкновений только возрастает.
Группа российских ученых предложила новый способ удаления космического мусора с орбиты Земли. Согласно их математической модели, аппарат будет способен собирать космический мусор автоматически. Предложенная система состоит из основного спутника и двух спутников-ловушек, которые прикреплены к головному с помощью тросов. По этим тросам могут перемещаться разные грузы, в том числе и контейнеры с мусором, собранным ловушками на орбите. Предполагается, что и спутники-ловушки, и контейнеры с мусором не обладают своими двигателями, а значит, не тратят топливо. Они управляются тросами с головного спутника.
Как рассказал «Известиям» ведущий научный сотрудник кафедры газовой и волновой динамики механико-математического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Алексей Малашин, моделирование предложенной системы выполнено с высокой точностью, так как при расчете учтено большое количество факторов космического полета.
— Используя разные математические методы, в частности аналитические решения в частных производных и численное моделирование, мы получили условия управления и соотношение между параметрами для устойчивой работы тросовой системы на орбите, — рассказал Алексей Малашин. — В работе мы учли множество параметров: свойства материала, из которого сделаны тросы, их длину, динамику, возможную вибрацию, соотношение масс груза и разных частей аппарата, начальные скорости объектов.
Расчеты этой конструкции были сделаны на основе результатов миссии YES2 (Young Engineers' Satellite 2). В 2007 году студенты инженерных факультетов создали и запустили на орбиту спутник с прикрепленной к нему на тросе капсулой Фотино. Цель эксперимента состояла в развертывании троса длиной 30 км и возвращение на Землю капсулы. В случае успеха результатом миссии была бы демонстрация технологии возвращения с орбиты грузов без применения ракетных двигателей. Однако основную задачу выполнить не удалось из-за неполадок с тросом.
В новой работе для обеспечения устойчивого положения аппарата ученые добавили два параметра управления: натяжение троса на головном спутнике и изменение скорости размотки троса. Также ученые учли соотношение между массами фрагментов мусора, спутников-противовесов и троса. Помимо этого, была рассчитана оптимальная начальная скорость для контейнеров с космическим мусором — тогда их перемещение будет происходить по прямой. Захваченные фрагменты можно будет просто убирать с пути, переводить на другие орбиты, заставляя их сгореть в атмосфере, или упаковывать в специальный контейнер, который будет транспортироваться дальше в космос, на безопасное расстояние.
По мнению научного сотрудника Института космических исследований Российской академии наук Натана Эйсмонта, предложенная учеными математическая модель — это хорошее упражнение в теоретической механике.
— Утверждать, что описанный в статье метод может иметь практическое значение на данном этапе преждевременно, — рассказал «Известиям» Натан Эйсмонт. — Более реалистичные методы включают в себя использование обычных космических аппаратов, снабженных системами управления и двигательными установками для сближения с фрагментами мусора и их захвата с целью дальнейшего перевода на траектории входа в атмосферу или на гелиоцентрическую орбиту.
Инженерную конструкцию на базе математической модели ученые планируют разработать к 2020 году.