Швейцарская компания ClearSpace, основанная в 2020 году, ведет разработку инновационного космического аппарата для сбора мусора на околоземной орбите. Проект реализуется по заказу Европейского космического агентства (ЕКА) и недавно успешно прошел ключевую технологическую экспертизу. Это важный шаг на пути к практической реализации миссии: уже в 2026 году планируется запуск аппарата, который с помощью специальной механической «клешни» захватит и безопасно уничтожит фрагмент ракеты-носителя «Вега».
Масштабы проблемы: сколько мусора на орбите?
Проблема космического мусора приобретает все более серьезные масштабы. Согласно статистической модели ЕКА, по состоянию на конец 2022 года в околоземном пространстве находится:
- Более 36 500 объектов размером свыше 10 сантиметров.
- Около 1 миллиона фрагментов диаметром от 1 до 10 сантиметров.
- Огромное количество, примерно 130 миллионов, мелких частиц размером от 1 миллиметра до 1 сантиметра.
Общая масса всего этого мусора, вращающегося вокруг Земли, оценивается в колоссальные 10 700 тонн. Эти объекты представляют реальную угрозу для действующих спутников и космических миссий.
Угроза синдрома Кесслера: почему очистка необходима?
Неконтролируемый рост количества обломков на орбите может привести к реализации так называемого синдрома Кесслера. Это теоретический сценарий, описанный астрофизиком Дональдом Кесслером, при котором обломки сталкиваются друг с другом, порождая все новые и новые фрагменты. Этот лавинообразный процесс способен сделать низкую околоземную орбиту практически непригодной для использования.
Угроза перестает быть чисто теоретической. Объекты на орбите движутся со скоростями до 27 400 км/ч, и столкновение даже с небольшим фрагментом может иметь катастрофические последствия. Накопление крупного мусора создает серьезные риски для запусков новых аппаратов. Поэтому разработка технологий активной очистки орбиты, таких как космические мусоровозы, становится не просто инновацией, а насущной необходимостью для обеспечения безопасности космической деятельности.
Принцип работы мусоровоза ClearSpace-1
Концепция стартапа ClearSpace, воплощенная в миссии ClearSpace-1, заключается в создании специализированного спутника-уборщика. Аппарат должен будет приблизиться к целевому объекту космического мусора, захватить его с помощью четырех механических манипуляторов и надежно зафиксировать в специальном захвате. После этого «мусоровоз» вместе с грузом начнет контролируемый спуск в плотные слои атмосферы, где оба объекта полностью сгорят.
Однако эта задача далека от простоты. Как поясняет инженер Енжей Баран из Лаборатории мехатроники и спутниковой робототехники Польской академии наук, работающий над проектом, каждая космическая миссия сложна сама по себе, а миссия по активному захвату и сведению с орбиты добавляет новый пласт инженерных проблем. Ключевыми являются задачи проектирования, адаптации к суровым условиям космоса и обеспечения высочайшей надежности всех систем.
Обратите внимание: Возвращение Японского космического корабля "Хаябуса-2" после длительного путешествия.
Особое внимание, по словам Барана, уделяется точности сближения и минимизации сил, воздействующих на систему захвата в момент контакта с неуправляемым объектом.
Технологические вызовы: как поймать мусор в космосе?
Основная сложность заключается в обеспечении безопасного и точного сближения. Траектория спутника-преследователя должна быть рассчитана так, чтобы относительная скорость между ним и целью (обломком) была минимально возможной. Это требует невероятной точности систем навигации и управления, так как малейшая ошибка может привести к повреждению аппарата и срыву всей миссии.
Группа инженеров из польского исследовательского центра отвечала за разработку системы управления для маневра сближения и захвата. Для наземных испытаний им пришлось масштабировать систему, чтобы разместить ее на специальном гранитном столе. На этой установке компоненты перемещаются на воздушных подшипниках, что позволяет в упрощенном, «плоском» варианте имитировать и отрабатывать сложный маневр захвата в условиях микрогравитации.
Опасность для Земли: почему это касается каждого?
Разработка космического мусоровоза переходит в активную фазу реализации. В отчетах ЕКА прямо указано на необходимость начать активное удаление крупных объектов мусора из самых загруженных орбитальных зон, чтобы предотвратить неконтролируемый рост количества обломков.
Угроза исходит не только для космических аппаратов. Крупные объекты, такие как отработанные ступени ракет, представляют все более реальную опасность и для людей на Земле. Ярким примером стали недавние случаи с неуправляемым падением крупных фрагментов китайских ракет, когда было сложно предсказать точное место их падения.
Прогнозирование траектории падения таких объектов — крайне сложная задача. Как объясняет доктор Томаш Суходольский, специалист по мониторингу космического мусора, обычно мы имеем дело не с идеальными сферами, а с объектами сложной формы, которые могут вращаться в пространстве непредсказуемым образом. Ключевым параметром становится так называемая плоскость атаки — поперечное сечение объекта, которое определяет его аэродинамическое поведение при входе в атмосферу.
Больше интересных статей здесь: Космос.
Источник статьи: ClearSpace — швейцарский стартап, который с 2020 года разрабатывает проект космического мусоровоза по заказу Европейского космического агентства.