Охота на орбитальные спутники: лазеры, роботизированные охотники и другие способы утилизации аппаратов

На Хабре уже не раз писали о том, что вокруг Земли за последние несколько десятков лет образовалась целая груда мусора. То есть не груда, а более-менее распределенные по орбитам с разной высотой космические аппараты и их элементы. Но их очень много — тысячи.

Больше всего, конечно, спутников — их количество превышает 5000, а скоро и вовсе увеличится до нескольких десятков тысяч. Аппараты запускают Starlink, OneWeb, вскоре, скорее всего, тем же займутся китайские компании и Amazon. В ближайшем обозримом будущем количество спутников будет лишь расти. Это хорошо, даже отлично, но что делать, когда спутник выходит из строя или срок его эксплуатации приближается к завершению?

Оставлять все это на орбите — не вариант. «Представьте себе, что все морские корабли, потерянные за прошедшие века, дрейфовали бы на поверхности океанов. Это именно то, что сейчас происходит на орбите, и эта ситуация больше не может продолжаться. Поэтому все страны-члены ЕКА активно поддержали эту миссию», — заявил глава ЕКА Йохан-Дитрих Вернер.

Наиболее простое решение — снижение орбиты аппарата и ввод его в атмосферу. Большинство спутников сгорают в ней почти без остатка. А если что-то и долетит до поверхности, то это будут крохотные частички корпуса, которые в большинстве случаев не состоянии нанести вред.

Но вот как спускать аппараты в атмосферу? И какие еще есть способы утилизации? Об этом и давайте поговорим ниже, поскольку вариантов несколько.

Его разработала несколько лет назад команда инженеров из британской компании SSTL. Проект был реализован в 2018 году, после чего спутник отправили на борт МКС кораблем Dragon. Его вес составляет 100 кг.

После отправки на МКС аппарат начали тестировать, используя для очистки космического пространства сетку и гарпун. Навигации помогали два спутника CubeSat. В 2018 году команда протестировала работоспособность самой системы.

В 2019 году, в феврале, разработчики опробовали гарпун, который сработал, как нужно. Через пару месяцев, подведя итоги предыдущих экспериментов, ученые решили провести выброс сети с эмуляцией захвата космического мусора. Но, к сожалению, что-то пошло не так и сеть не была выброшена. Оказалось, что аппарат не развернулся и не встал на расчетную позицию, из-за чего сеть не была развернута.

Вернуть спутник в строй не удалось, но все наработки были использованы при реализации миссии Spaceflight SSO-A.

А здесь речь идет о системе от Northrop Grumman, которая, в отличие от предыдущего спутника, не убирает аппараты с орбиты, а оживляет спутники связи без топлива. Огромная проблема для космических орбитальных аппаратов — топливо. Большинство спутников небольшие по размеру, и много топлива с собой им не взять.

Как только оно заканчивается, аппараты уже не могут маневрировать и даже устройства в идеальном рабочем состоянии приходится бросать, поскольку свои задачи они выполнять не могут. И здесь приходит на помощь сервисная станция MEV-1, о которой мы как-то писали.

25 февраля 2020 года на околоземной орбите сервисная станция MEV-1 впервые состыковалась с телекоммуникационным спутником Intelsat 901. Она оснащена электрическими движками, специально спроектированным механическим захватом и визуальной системой наблюдения для корректировки стыковки. У станции есть и запас топлива для того, чтобы выполнять маневры — автономно или вместе со спутником, который нужно «возродить». И все получилось — спутник спустя пять лет, проведенных в «коме» без топлива вернулся к работе — примерно на пять лет.

После этого MEV-1 сможет изменить траекторию движения системы так, что она отправится в атмосферу Земли, где и сгорит.

Любим обозревать на Хабре самые интересные и дискуссионные темы из мира IT. Если хотите быть в курсе новостей, традиционно входящих в топ читаемых, подписывайтесь на наш блог.

В 2025 году ЕКА запустит зонд ClearSpace-1. Он предназначен для очистки орбиты от крупных объектов. Первой целью зонда станет отработанная ступень ракеты Vega. Это хороший объект для старта, поскольку он крупный и движется по предсказуемой траектории.

Ступень находится на высоте 660-800 километров и весит около 100 килограммов. Еще один положительный момент — форма ступени. Она очень удобна для захвата зондом, который имеет четыре манипулятора. ClearSpace-1 выведут на высоту примерно в 500 километров. После захвата зонд включит двигатели и опустится в нижние слои атмосферы.

Да, все правильно — охотник сгорает вместе со своей жертвой. Такой способ очистки орбиты подходит для крупных фрагментов космического мусора, включая отработанные ступени ракет.

Да, мы о лазерах. Сейчас объединенная команда ученых прорабатывает проект по задействованию мощного лазера. Мощный луч будет уничтожать небольшие фрагменты мусора — от 1 до 10 см. Лазер может быть наземным или космическим. В последнем случае на орбиту придется запускать еще один аппарат.

Такой проект — не фантастика, но реализовать его не так просто, поскольку придется объединить систему отслеживания, которая будет находиться на Земле с лазером — наземным или орбитальным. Все это сложно технически реализовать, пусть потребуются значительные средства.

Это не шутка — в проекте Terminator Tape предусмотрен новый вариант спуска орбитальных аппаратов в атмосферу для сожжения. Авторы идеи собираются запускать в космос микроспутники с габаритами 18*18*5 см, внутри которых свернутая лента. Ее длина — 70 метров. Основная задача «хвоста» увеличение размера «жертвы».

Работать такая системе будет лишь с аппаратами на низкой орбите, где концентрация молекул газов атмосферы довольно высокая. Фактически, настолько, чтобы влиять на «хвост», который будет постепенно замедлять аппарат, одновременно снижая его орбиту. Кроме того, сама лента проводит ток, так что она будет служить еще и своеобразным «тормозным двигателем» благодаря силе Лоренца.

^{Две модели аппаратов с тросом внутри, называются они — Terminator Tape. Размеры троса в этих разных по размеру девайсах — разные}

Для активации троса будет подаваться сигнал с Земли. Если что-то пойдет не так, сработает и система самого троса, который будет выброшен автоматически.

Как видим, проекты по очистке орбиты существуют, большинство из них — вполне реальны. Так что можно ожидать, что в ближайшие несколько лет какой-то из них сработает и начнется Большая Очистка. А может быть, тот же Илон Маск или еще кто-то придумает собственный способ ликвидации отработавших свое космических аппаратов.