Останні 25 років кількість космічного сміття на орбіті Землі зростала в геометричній прогресії й тепер проблема набула неймовірної величини: деякі експерти стверджують, що побоювання синдрому Кеслера (Kessler Syndrome — гіпотетичний розвиток подій на навколоземній орбіті, коли космічне сміття, спричинене численними запусками штучних супутників, призводить до повної непридатності ближнього космосу для практичного використання) стає реальністю.
Система спостереження космічного простору США нині відслідковує майже 18000 об’єктів розміром понад 10 см, з яких тільки 1200 — супутники, які функціонують. Окрім цього, існують 750000 так звані «кулі, що літають» діаметром близько 1 см і майже 150 мільйонів фрагментів розміром менше 1 мм.
Міжнародні принципи космічної діяльності рекомендують, щоб оператори видаляли космічні апарати з низьких навколоземних орбіт (low-Earth orbit, LEO) протягом 25 років з моменту закінчення місії, але тільки 60 відсотків місій насправді зробили це — таку статистику навів Гольґер Краґ (Holger Krag), глава Департаменту космічного сміття Європейського космічного агентства (ЄКА), під час фінального виступу на 7-й Європейській конференції з космічного сміття. Конференція проходила з 18 квітня по 21 квітня в Дармштадті, Німеччина.
Навіть якби всі оператори дотримувалися такого правила, цього все одно буде недостатньо — упевнені експерти. За словами Сатомі Кавамото (Satomi Kawamoto) з Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA), понад 100 об’єктів треба видаляти з LEO в темпі п’ять упродовж року, щоб зупинити поширення осколків в результаті зіткнень на орбіті й вибухів.
Ось деякі з концепцій видалення космічного сміття, запропоновані на 7-й Європейській конференції з космічного сміття.
Очищення геостаціонарної орбіти: некрополь і електростатичний трактор
Британська фірма Hempsell Astronautics пропонує систему дубльованого колумбарію. Вона передбачає збір геостаціонарних супутників, які вже не діють, і доставку їх в одне місце, на так звану «орбіту поховання». Ця зона міститься на кількасот кілометрів вище 36000 км — висоти геостаціонарної орбіти.
Ілюстрація художника до пропонованої фірмою Hempsell Astronautics навколоземної просторово-сміттєвої системи очищення. Фото з сайту www.space.com.
Колумбарій буде конструктивно оформлений у вигляді двох космічних апаратів: Hunter (Мисливець) — збиратиме інші космічні апарати й виштовхуватиме їх від геостаціонарної орбіти, і Terminus — останнє місце стоянки не потрібних більше супутників. Фірма Hempsell Astronautics запевняє: запропонована нею стратегія буде надійнішою, аніж нинішнє хаотичне використання орбіти «поховання». Апарат Hunter, по-суті, повторяє технологію, розроблену інженерами ЄКА для меркуріанської місії (BepiColombo Mercury).
Інший проект, який пропонує команда з Університету Колорадо Боулдер, передбачає видалення космічних апаратів з геостаціонарного кільця безконтактним способом. Для цього планують використати «імпульсну електронну гармату» — переривчастий електронний пучок потужністю кілька десятків ват.
Сітки й щупальця для колекції Cubesat
ЄКА планує незабаром запустити в рамках демонстраційного варіанту місію RemoveDEBRIS. Її складатимуть два експериментальні супутники Cubesat на орбіті висотою 400 км. Для демонстрації процесу захвату мішеней і їх зведення з орбіти буде використано сітку, гарпун і натягнуте вітрило. Супутник-мисливець випустить експериментальні шматки космічного сміття, один з яких буде захоплений сіткою (на кшталт рибацької) розміром 5 метрів, прив’язаною до переслідувача. Систему «Гарпун» планують випробувати на нерухомій мішені.
Супутник-переслідувач буде використовувати перетягнуте вітрило, щоб прискорити повторення експерименту. Очікується, що місія закінчить своє існування в атмосфері в 2018 році.
У майбутньому супутники Cubesat, розміщені на орбітах навколо Землі, можуть бути зібрані й перероблені з допомогою космічного апарата, оснащеного «shape memory alloy tentacles» (своєрідними щупальцями з матеріалу, який здатен багаторазово відновлювати свою форму після операції), розробленого Луї Вей-ю Фенґ (Louis Wei-yu Feng), студентом Університету в Кейптауні. Ворсиста рука, що отримала назву «Медуза», виготовлена з нітинолу — матеріалу, який може кілька разів переходити з розплавленого в твердий стан. Така рука дозволить колектору космічного апарата схопити «за шкірку» Cubesat, який постійно перевертається. Вей-ю Фен вважає, що «Медуза» має явну перевагу в класі одноразових рішень, таких, як гарпуни або сітки.
Саморушійні прив’язі для видалення відпрацьованих ступенів ракет
Представник JAXA заявив, що він передбачає використання електродинамічних фалів для видалення відпрацьованих ступенів ракет з LEO. (За оцінкою експертів, верхні ступені ракет становлять 18 відсотків всіх зареєстрованих об’єктів на орбіті Землі). Кавамото сказав, що, зважаючи на гладку й правильну форму цих об’єктів, у порівнянні з супутниками, вони є ідеальною мішенню для перших спроб видалення. Електродинамічні прив’язі створюють магнітний опір, який сильніший, порівняно з опором повітря, і може «зіпхнути» великий шматок сміття з орбіти протягом року, говорить Кавамото. Трос-провідник створює тягу, взаємодіючи з магнітним полем Землі, і не вимагає додаткового джерела живлення.
Виконані на початку цього року JAXA експерименти для перевірки цієї технології, однак, не увінчалися успіхом; прив’язь не вдалося належним чином розгорнути з японського вантажного корабля HTV-6 на Міжнародній космічній станції.
Мисливець за великими супутниками
Працівники ЄКА говорять, що вкрай необхідно видалення великих супутників, які вже не працюють, з LEO, бо ці великі тіла, ймовірно, мають максимальну вірогідність зіткнення з іншими об’єктами. І такі зіткнення будуть спричиняти величезну кількість фрагментів, які, потенційно, могли б загрожувати всім іншим космічним апаратам на орбіті. Але захоплення об’єкта, який може безконтрольно перевертатися, — надзвичайно складне завдання. У гіршому випадку, космічний апарат-мисливець сам ризикує попасти в мега-сміття.
Одначе, представник ЄКА заявив, що він може запропонувати варіант виконання такого надскладного завдання. Для цього агентство має намір реалізувати в 2023 р. нову місію під назвою e.Deorbit. Реальною і справді серйозною мішенню цієї місії буде супутник Envisat (розмір 26 метрів), який замовчав у 2012 році.
Аби зійти самостійно з орбіти висотою майже 800 км, цьому супутник знадобилося понад 150 років. Протягом цього періоду, колишній супутник дистанційного зондування Землі змусить операторів сотень космічних апаратів в цьому переповненому регіоні виконувати регулярні маневри ухилення. Якщо в нього попаде об’єкт масою лише 10 кг, Envisat розпадеться й утворить хмару небезпечного космічного «щебеню», вважають експерти.
е.Deorbit, перша своєрідна місія, де космічний апарат буде використовувати або сітку, або роботизовану руку із захватом, щоб зловити супутник. Далі e.Dorbit має використати свій власний рушій, щоб спрямувати улов в атмосферу, де обидва супутники згорять.
За інф. з сайту www.space.com підготував Георгій Ковальчук
