У науково-фантастичних фільмах часто можна зустріти сцену, коли космічний корабель притягується за допомогою спеціального променя. Але те, що колись було лише предметом наукової фантастики, незабаром може стати реальністю.
Вчені розробляють реальний промінь, що отримав назву електростатичний буксир. Однак цей промінь, що притягує, навряд чи зможе затягнути пілотів зорельотів. Натомість він використовуватиме електростатичне притягування, щоб безпечно виштовхнути небезпечне космічне сміття з навколоземної орбіти.
Ставки досить високі: прогнозується, що в умовах бурхливого розвитку комерційної космічної галузі кількість супутників на орбіті Землі різко зросте. Ця велика кількість нових космічних апаратів, які зрештою зношуються, перетворює простір навколо Землі на гігантське сміттєзвалище, яке може врізатися в працюючі космічні кораблі, впасти на Землю, забруднити нашу атмосферу металами, викликати руйнування. Експерти попереджають, що, якщо не зупинити зростаючу проблему космічного сміття, вона може ускладнити космічну індустрію, що бурхливо розвивається.
Електростатичний промінь, що притягує, потенційно може полегшити цю проблему, безпечно переміщаючи мертві супутники далеко за межі навколоземної орбіти, де вони нешкідливо дрейфуватимуть вічно.
Хоча промінь, що притягує, не вирішить повністю проблему космічного сміття, ця концепція має ряд переваг перед іншими запропонованими методами видалення космічного сміття, що може зробити її цінним інструментом для вирішення цієї проблеми, розповіли експерти Live Science.
Прототип може коштувати мільйони, а повномасштабна версія, що діє, і того дорожче. Але якщо фінансові перешкоди вдасться подолати, промінь, що притягує, може бути введений в експлуатацію протягом десятиліття, кажуть його будівельники.
«Наука значною мірою є, але фінансування немає», — розповіла Live Science дослідник проекту Кейлі Чемпіон, аспірант кафедри аерокосмічних інженерних наук Університету Колорадо в Боулдері.
Промені, що притягують, зображені в «Зоряних війнах» і «Зоряному шляху», засмоктують космічні кораблі за допомогою штучної гравітації або якогось «енергетичного поля». Така технологія, ймовірно, перевершує все, чого коли-небудь досягло людство. Але ця концепція надихнула Ханспетера Шауба, професора аерокосмічної техніки з Університету Каліфорнії в Боулдері, на створення більш реалістичної версії.
Шаубу вперше спала на думку ця ідея після першого великого зіткнення супутників у 2009 році, коли діючий супутник зв'язку «Іридіум 33» врізався в непрацюючий російський військовий космічний апарат «Космос 2251», викинувши на орбіту Землі більше 1800 уламків.
Після цієї катастрофи Шауб захотів запобігти повторенню цього. Він зрозумів, що для цього можна відвести космічний корабель від небезпеки, використовуючи притягування між позитивно та негативно зарядженими об'єктами.
Протягом наступного десятиліття Шауб та його колеги вдосконалили цю концепцію. Тепер вони сподіваються, що колись її можна буде використовувати для переміщення мертвих супутників з геостаціонарної орбіти (ГСО) — орбіти навколо екватора Землі, де швидкість об'єкта відповідає обертанню планети, створюючи враження, ніби об'єкт зафіксований на місці над певною точкою планети. Земля. За словами Шауба, це звільнить місце для інших об'єктів на ДСО.
Як це працює?
Електростатичний тягач використовуватиме службовий космічний корабель (СКК), оснащений електронною гарматою, яка стрілятиме негативно зарядженими електронами по мертвому супутнику-мішені, розповіла Чемпіон Live Science. Електрони нададуть мішені негативного заряду, а обслуговуючому пристрої залишать позитивний заряд. Електростатичний тягар між ними утримуватиме їх разом, незважаючи на те, що їх поділяє порожній простір від 20 до 30 метрів, сказала вона.
Щойно СКК і ціль «склеяться», СКК зможе вивести мету з орбіти, не торкаючись її. За словами Чемпіон, в ідеалі непрацюючий супутник має бути переведений на орбіту, віддаленішу від Землі, де він міг би безпечно дрейфувати вічно.
Електростатичне тяжіння між двома космічними кораблями буде надзвичайно слабким через обмеження в технології електронних гармат та відстані, на якій їх потрібно буде утримувати, щоб запобігти зіткненням, розповів Live Science дослідник проекту Джуліан Хаммерл, докторант Каліфорнійського університету в Боулдері. Таким чином, СКК доведеться рухатись дуже повільно, і для повного виведення одного супутника за межі ДСО може знадобитися більше місяця, додав він.
Це далеко від променів, що притягують з фільмів. У цьому «головна відмінність між науковою фантастикою та реальністю», сказав Хаммерл.
Переваги та обмеження
Електростатичний тягач матиме одну велику перевагу перед іншими запропонованими методами видалення космічного сміття, такими як гарпуни, гігантські мережі та фізичні реальні стикувальні системи: вони будуть повністю безконтактними.
«У вас є ці великі, мертві космічні кораблі розміром зі шкільний автобус, які дуже швидко обертаються», — сказав Хаммерл. «Якщо ви стріляєте з гарпуна, використовуєте велику мережу або намагаєтеся зіткнутися з ними, то фізичний контакт може пошкодити космічний корабель, і тоді ви лише погіршите проблему [космічного сміття]».
Вчені запропонували інші безконтактні методи, такі як використання потужних магнітів, але величезні магніти дороги у виробництві та, ймовірно, заважатимуть управлінню, сказала Чемпіон.
Основним обмеженням електростатичного трактора є те, наскільки повільно він працюватиме. Нині орбіті Землі на ДСО перебуває понад 550 супутників, але очікується, що у найближчі десятиліття їх кількість різко зросте. І якщо супутники переміщати по одному, то один електростатичний тягач не зміг би впоратися з кількістю супутників, що вийшли з експлуатації. Ще одним обмеженням електростатичного буксира є те, що він працюватиме надто повільно, щоб його можна було використовувати для розчищення невеликих фрагментів космічного сміття, тому він не зможе повністю очистити ДСО від сміття.
Вартість — ще одна велика перешкода. За словами Шауба, команда ще не провела повний аналіз вартості електростатичного тягача, але, найімовірніше, він коштуватиме десятки мільйонів доларів. Однак, як тільки сервісний космічний апарат опиниться у космосі, його експлуатація буде відносно рентабельною, додав він.
Наступні кроки
В даний час дослідники працюють над серією експериментів у своїй Лабораторії електростатичного заряду для взаємодії плазми та космічного корабля (ECLIPS) у Каліфорнійському університеті в Боулдері. Металева вакуумна камера розміром з ванну, оснащена електронною гарматою, дозволяє команді «проводити унікальні експерименти, які зараз майже ніхто інший не може проводити», щоб імітувати ефекти електростатичного буксира в меншому масштабі, сказав Хаммерл.
Щойно команда буде готова, останньою та найскладнішою перешкодою стане забезпечення фінансування першої місії, а цей процес вони ще не розпочали.
Більшість вартості місії буде пов'язана зі створенням і запуском сервісного корабля. Однак в ідеалі дослідники хотіли б запустити для перших випробувань два супутники: обслуговуючий та мету, якою вони зможуть маневрувати, що дало б їм більше контролю над експериментами, але також подвоїло б вартість.
За оцінками команди, якщо їм якимось чином вдасться досягти цього фінансування, прототип променя, що притягує, може бути введений в експлуатацію приблизно через 10 років.
Чи життєздатно це?
Хоча промені, що притягують, можуть здатися нездійсненною мрією, експерти з оптимізмом дивляться на цю технологію. «Їх технологія все ще знаходиться на зачатковій стадії», — повідомив Live Science електронною поштою Джон Крассідіс, вчений в галузі аерокосмічної техніки з Університету Буффало в Нью-Йорку, який не бере участі в дослідженні. «Але я цілком упевнений, що це спрацює».
Видалення космічного сміття, не торкаючись до нього, також було б набагато безпечнішим, ніж будь-який нинішній альтернативний метод, додав Крассідіс. Електростатичний буксир «має бути спроможним створювати сили, необхідні для переміщення непрацюючого супутника» і «напевно має високий потенціал для практичної роботи», розповіла Live Science Керолін Фру, доцент кафедри аеронавтики та астронавтики в Університеті Пердью в Індіані. в електронному листі. «Проте на шляху до практичної готовності пристрою ще доведеться вирішити кілька інженерних завдань».
Вченим слід продовжити дослідження інших можливих рішень, сказав Крассідіс. Навіть якщо команда не створить остаточний продукт для видалення нефункціональних супутників, їх дослідження стануть трампліном для інших учених, додав він. Якщо вони досягнуть успіху, це буде не перший випадок, коли вчені перетворюють вигадку на реальність. «Те, що сьогодні є науковою фантастикою, завтра може стати реальністю», — сказав Крассідіс.
