Чтобы не превращать орбиту Земли в свалку, ее будут чистить от мусора с помощью технологии «электродинамической привязи»

технология «электродинамической привязи»

В настоящее время над Землей со средней скоростью около 36 000 километров в час движется огромное облако космического мусора, состоящее из более 23 000 предметов размером более 10 сантиметров.

А поскольку в течение следующих нескольких лет такие компании, как SpaceX и OneWeb, планируют запустить десятки тысяч новых спутников, эта космическая свалка будет представлять все большую угрозу для космических аппаратов и астронавтов, находящихся на орбите. Очистить космос от «затонувших» кораблей, возможно, поможет технология «электродинамической привязи», разработанная военно-морской исследовательской лабораторией США, которую планируется испытать в ближайшие несколько недель.

В рамках проекта Tether Electrodynamic Propulsion CubeSat Experiment (TEPCE) ученые разработали миниатюрный спутник, который, уже находясь на орбите, будет разделен на две части, соединенные между собой километровым тросом, толщиной с зубную нить. По нему пропускается электрический ток и вокруг образуется магнитное поле.

технология «электродинамической привязи»

«Иными словами, это своеобразный космический парусник. Но вместо ветра аппарат движется благодаря физическим законам, управляющим электрическими и магнитными полями. Трос в ионосфере Земли (верхнем слое атмосферы, состоящим из заряженных частиц, электронов и положительных ионов) может притягивать электроны на одном конце и высвобождать их на другом, генерируя через себя электрический ток. В результате поле электрифицированного троса вступает во взаимодействие с магнитным полем Земли и создают импульс, известный как сила Лоренца, который толкает трос в перпендикулярном направлении», — говорит профессор инженерной энергетики в Университете Падуи Энрико Лоренцини.

НА КОСМИЧЕСКОЙ ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИИ БУДУТ ПРОДАВАТЬСЯ КАПСУЛЫ ДЛЯ ЖИЛЬЯ БОГАТЫМ ЗЕМЛЯНАМ

После разделения каждый из двух мини-спутников выдвигает пятиметровую стальную ленту, которая может собирать свободные электроны из ионосферы. Вольфрамовые нити, которыми также оснащены аппараты, нагреваются от бортовых солнечных панелей до температуры, при которой могут испускаться электроны. Это создает ток, который через трос проходит от коллектора электронов на одном спутнике к эмиттеру электронов на другом.

Поскольку каждый привязанный сателлит содержит оба компонента, ток может идти в любом направлении – в зависимости от того, на каком конце троса накапливаются электроны, а на каком высвобождается. Когда ток идет в одном направлении, сила Лоренца действует в направлении, противоположном движению космического корабля, создавая сопротивление, которое в конечном итоге замедляет спутник и снижает его орбитальную высоту. Если направить ток в противоположную сторону, направление силы Лоренца также изменится, создавая тягу вместо сопротивления. В результате можно регулировать орбитальную высоту спутника, что позволяет маневрировать без использования дополнительной энергии.

Принимая во внимание то, что сила Лоренца, будет небольшой из-за слабого напряжения тока, которого едва хватит, чтобы обеспечить питание обычной лампочки, ученые не ожидают что скорость движения спутников можно будет отследить наземными радарами и телескопами. Поэтому работа специалистов на Земле будет сосредоточена на том, чтобы измерять мощность тока и контролировать местоположение спутников по датчикам GPS. В момент активации троса TEPCE запускается обратный отсчет миссии спутника, поскольку дополнительная тяга толкает его в сторону плотных слоев земной атмосферы, где он и сгорает. Процесс может занимать до 60 дней.

AMAZON ЗАПУСТИТ 3236 СПУТНИКОВ ДЛЯ РАЗДАЧИ ИНТЕРНЕТА, СЕТЬ ОХВАТИТ 95% НАСЕЛЕНИЯ ЗЕМЛИ

Учитывая маленькую мощность и ограничения по размеру, всю электронную начинку ученым пришлось вместить в два крохотных спутника, размером около 3000 кубических сантиметров, что примерно вдвое меньше объема футбольного мяча. Это позволило снизить расходы на запуск, так как отправлять в космос эти аппараты, которые еще называют CubeSats, можно как дополнительную нагрузку. Эти спутники были запущены на орбиту на борту ракеты SpaceX Falcon Heavy в июне 2019 этого года.

Успех проекта TEPCE даст толчок к развитию этой технологии и отправке в космос более масштабных устройств для очистки космоса. Например, американская компания Star Technology and Research разрабатывает аппарат ElectroDynamic Debris Eliminator, предназначенный для работы в качестве орбитального буксира: он сможет захватывать отработанные спутники или космический мусор с помощью специальных сетей и механического гарпуна.

источник: scientificamerican.com