Ученые предложили "сдувать" космический мусор с орбиты

Метод эффективной уборки мусора с космических орбит, основанный на математическом моделировании "сдувания" мусора ионным пучком, предложили ученые Самарского университета им. Королёва (далее - Самарский университет). По их данным, разработка поможет защитить станции и спутники от аварий в безвоздушном пространстве. Результаты исследования опубликованы в журнале Vestnik St. Petersburg University, Mathematics.

Столкновение космического аппарата даже с маленькой частичкой мусора может обернуться большими проблемами, так как космические объекты движутся с высокими скоростями. А крупный космический мусор, такой как сломанный спутник или обломок ступени ракеты, может стать причиной полного уничтожения даже таких крупных объектов, как МКС.

Чтобы решить проблему удаления космического мусора с орбиты станций и спутников, специалисты Самарского национального исследовательского университета имени академика Самарский университет ранее предложили размещать на космических объектах устройство, "сдувающее" мусор с опасной орбиты. Затем они описали "гибридный" способ подобной бесконтактной уборки.

Этот способ состоит в одновременном электростатическом притягивании или отталкивании мусорного объекта и обдувания его факелом электродвигателя космического аппарата, сообщил доцент кафедры теоретической механики Самарского университета Александр Ледков.

“Все это работает довольно просто. Космический аппарат-уборщик направляет на объект космического мусора струю своего электрореактивного двигателя. Частицы струи врезаются в его поверхность и создают малую силу, которую мы и используем для транспортировки. Космический мусор тормозится и сходит с орбиты", – рассказал он.

Прорабатывая задачу бесконтактной уборки космического мусора ионным потоком, исследователи столкнулись с трудностью. Поскольку генерируемая ионная сила весьма мала и составляет сотые доли ньютона, то сам процесс удаления космического мусора с орбиты может занимать месяцы. Расчет такого длительного процесса с учетом того, что угловые колебания космического мусора влияют на создаваемую ионную силу, требует значительных вычислительных затрат.

"В нашем университете есть суперкомпьютер, но он тут не поможет, поскольку задача численного интегрирования уравнений движения предполагает только последовательное вычисление. Для планирования миссии и анализа задачи нужно провести большую серию расчетов, а каждый расчет довольно длителен. На заре космонавтики ограниченные вычислительные мощности и необходимость расчета траекторий с учетом различных возмущений стимулировали бурное развитие приближенных асимптотических методов, которые позволяют получать менее требовательные к вычислительным ресурсам математические модели при сохранении необходимой точности. Спустя полвека мы вновь имеем задачи, где могут пригодиться наработки "старой школы", – пояснил Ледков.

Для решения сложной вычислительной задачи исследователи Самарского университета создали упрощенную модель, которая позволяет анализировать процесс бесконтактной ионной транспортировки космического мусора.

"На основе уравнений Гаусса в осциллирующих переменных и метода усреднения Волосова мы получили приближенные уравнения движения космического мусора, результаты интегрирования которых хорошо согласуются с результатами исходной громоздкой модели, а сама модель существенно менее требовательна к вычислительным ресурсам", – рассказал соавтор исследования, студент направления "Механика и математическое моделирование" Самарского университета Данил Бакулин.

По мнению ученых, особенно ощутим выигрыш в случае расчета транспортировки вращающегося космического мусора. Новый инструмент позволит им более глубоко проработать различные аспекты миссии бесконтактной уборки космического мусора и еще на шаг приблизиться к решению этой актуальной проблемы.

Источник: ria.ru