Нова задвижваща система, разработена от изследовател в университета Тохоку, Япония, може да предостави безконтактен метод за почистване на земната орбита.

Тази технология предлага решение на непрекъснатото натрупване на космически отпадъци, като например нефункциониращи сателити и изразходвани ракетни степени.

Всеки отпадък представлява риск от потенциален сблъсък, който може да повреди активни сателити, космически станции и да наруши навигацията.

„Поради неконтролираното им движение и скорост, надвишаваща тази на куршумите, космическите отпадъци, обикалящи около Земята, представляват сериозна заплаха чрез значително увеличаване на потенциалния риск от сблъсъци със сателити, които поддържат устойчивата човешка дейност в космоса“, заявява доцент Казунори Такахаши.

За премахване на космическите отпадъци изследователите представиха нова технология, наречена „двупосочен плазмен двигател с безелектродно изхвърляне на плазма“.

Концепцията включва сателит, който използва плазмения поток от своя йонен двигател, за да избута космическите отпадъци към атмосферата, където те да изгорят.

Дизайн на плазмения двигател

Настоящите методи за почистване често включват директен физически контакт, предимно с помощта на роботизирани ръце, мрежи и въжета, които носят риск от заплитане с въртящите се отпадъци.

Някои скорошни технологични решения за премахване от орбита включват плазмени двигатели.

Очаква се силата на плазмата да забави отпадъците, карайки ги да напуснат орбита и да изгорят в земната атмосфера.

Въпреки това, откатът на плазмата представлява проблем, тъй като избутва почистващия сателит далеч от целевия отпадък. Това противодейства на целта за забавяне на отломките.

Подходът на професор Такахаши надгражда тази съществуваща идея: използването на почистващ сателит или космически апарат със задвижващ двигател, който изстрелва плазмен поток към космическите отпадъци.

Досега тази концепция не е била успешно приложена, защото избутва целта надалеч.

За да реши този проблем, новият задвижващ двигател изхвърля едновременно два плазмени потока.

Единият е насочен към космическия отпадък, за да го забави, а другият – в точно обратната посока, за да противодейства на отката. Тази балансирана тяга позволява на почистващия сателит да остане стабилен и насочен към целта.

„Този задвижващ двигател прилага сила на забавяне върху целевия обект чрез изхвърляне на плазма, като същевременно избягва прекомерна тяга върху себе си, изхвърляйки друг плазмен поток в обратна посока“, обясни Такахаши.

Изследването разкрива и подобрение в производителността

За целта е въведено специално „върхово“ магнитно поле, което помага за задържането и фокусирането на плазмата, усилвайки силата на забавяне.

Системата работи с аргон

При тестове, проведени във вакуум за симулиране на космически условия, екипът потвърди, че тяхната двупосочна плазмена технология успешно балансира тягата на двигателя.

Освен това е установено, че добавеното върхово магнитно поле подобрява производителността, утроявайки силата на забавяне, отчетена в предишни експерименти.

Допълнително предимство е, че системата може да работи с аргон – гориво, което е едновременно по-евтино и по-разпространено от традиционните варианти.

„Това постижение представлява значителен технологичен напредък към разработването на задвижваща система, способна ефективно и безопасно да премахва космически отпадъци“, казва Такахаши.

В ниска околоземна орбита в момента се носят около 14 000 отпадъка.

Двупосочният двигател на професор Такахаши предлага устойчиво решение за почистването на тези отломки.

Двигателят може да бъде насочен към по-големи космически отпадъци, тъй като те най-вероятно биха предизвикали събитие от типа „синдром на Кеслер“.

Това е плашещ сценарий, при който сблъсък между сателит и отпадък предизвиква верижна реакция, водеща до още сблъсъци, които биха могли да направят големи части от ниската околоземна орбита твърде опасни за преминаване от какъвто и да е космически апарат.

Резултатите от изследването са публикувани в Scientific Reports.