Стоит руку протянуть

Как нам очистить космос от мусора

Космической эре, а она началась с полета Юрия Гагарина, немногим более 60 лет. За эти годы свыше 500 человек с орбиты любовались Землей. За ее состоянием наблюдают тысячи спутников. Отслужив свой срок, в лучшем случае они сходят с орбиты и сгорают в плотных слоях атмосфера, в худшем — разрушаются, превращаясь в космический мусор. Известно и количество обломков — 128 миллионов. Их удалось пересчитать и пронумеровать. Вращаясь с огромной скоростью, они представляют опасность: около 3000 спутников погибли в результате столкновений. Так со временем возникла проблема мирового значения — борьба с космическим мусором. Свой вклад в ее решение вносят ученые Омского государственного технического университета во главе с профессором Валерием ТРУШЛЯКОВЫМ. Лет 50 он работает для космоса, проводя исследования по заказам крупнейшей организации — ЦНИИмаш. В том числе по вопросам безопасности и очистки космоса. Валерий Иванович, международный эксперт в этой сфере, в прошлом году стал лауреатом премии IAASS (Международной ассоциации по повышению космической безопасности), носящей имя известного советского ученого и конструктора Владимира Сыромятникова.
— Как и на Земле, мусор в космосе со временем сам по себе исчезает, — рассказывает Валерий Трушляков. — На орбитах ниже 500 км примерно лет за 25 части спутников и ступени ракет, постепенно теряя высоту, сгорают в плотных слоях атмосферы — так космос самоочищается. Однако на высоте 1000 км обломки остаются на десятки, а, возможно, и на сотни тысяч лет. Со временем они даже могут сформировать нечто похожее на пояс или кольцо, как у Сатурна. Мало того что обломки летят с большой скоростью, так разгонные блоки и аппараты, случается, еще и взрываются, например, от перепадов температур, нагреваясь на Солнце, а затем остывая. Что делать с космическим мусором, как избавиться от этой опасности? С 2000-х годов наука ищет ответ, но пока безуспешно, поскольку страны, развивающие ракетно-космическую технику, не слишком озабочены этой проблемой.
Между тем в соответствии с решением ООН организован Межагентский координационный комитет по космическому мусору, в него входят 12 агентств стран — создателей ракетно-космической техники. Сформулированы правила эксплуатации, препятствующие образованию мусора. Составлен список из нескольких десятков крупногабаритных объектов, представляющих наибольшую опасность. Ведь в процессе эволюции орбит, а она происходит постоянно, обломки начинают сталкиваться друг с другом, и их становится в разы больше. А даже мелкие осколки, летящие со скоростью 10-15 км в секунду, представляют грозную опасность. Подсчитано, что, если каждый год спускать с орбит от двух до пяти тонн мусора, то загрязнение околоземного космического пространства лишь стабилизируется, но не улучшится.
Теперь вопрос: как эту задачу решать технически? В нашем случае на помощь приходит опыт моряков, использующих буксиры-толкачи. Так почему бы и нам не сделать некий космический модуль и не направить его на скопление крупных обломков, чтобы вытолкнуть их с орбит? Присмотрелись и к буксировке крупных океанских лайнеров, которых буксиры на канатах заводят в порт. Но сразу возникает проблема: как набросить на объект трос и сделать его настолько прочным, чтобы выдержал немалый вес и, главное, рывки? Да к тому же учесть, что на Земле объекты транспортировки ведут себя спокойно, даже степенно, а на орбите вращаются и кувыркаются. В космосе задача зацепить и удержать их — наитруднейшая. Для начала обломки нужно захватить, остановить их вращение и только потом каким-то образом перевести на соответствующие орбиты. Сделать необходимые расчеты и приступать к разработке захватов. Это может быть сеть, которой модуль выстрелит и набросит на объект. Или робот в виде мощной руки, захватывающей мусор. Американские специалисты уже проводят летные испытания рукастого робота для этих целей. Японские коллеги предлагают использовать для транспортировки мусора мощный магнит. Китайские ученые ловят обломки сетями. Схемы предлагаются самые разные, их отрабатывают во время технологических экспериментов.
— А что предлагаете вы?
— Мы разрабатываем так называемую космическую вращающуюся тросовую систему. Одна из задач, поставленных нам ЦНИИмаш, — создать такую конструкцию, которая бы захватывала отработавшие свой срок спутники и ступени ракет (крупногабаритный космический мусор для удобства обозначим как мишени), переводила бы их на нужные орбиты и дальше — в слои атмосферы, где они сгорят. Система представляет собой маневренный автономный стыковочный модуль (АСМ). Он отделяется от разгонного блока (последней ступени ракеты-носителя), но привязан к нему тросом и выходит на мишень. АСМ приближается к ней и осуществляет захват. Способы разные, зависящие от типа мишени: это могут быть традиционная схема, используемая при стыковках автоматических космических аппаратов, или робот-рука, сеть и т. д.


Разгонный блок (РБ) вместе с АСМ (в состыкованном состоянии) приближаются к мишени на пересекающихся курсах. При этом у каждого свои скорость и направление движения. При захвате АСМ мишени происходит обмен импульсами движения, как в биллиарде, когда, столкнувшись, шары дальше движутся каждый по своей новой траектории. Однако в нашем случае этого не происходит, поскольку разгонный блок и АСМ плюс мишень связаны тросом. Сложная конструкция перемещается по определенной траектории, вращаясь вокруг общего центра масс. Так мы получили тросовую систему, в которой центробежные силы тянут относительно центра масс РБ и связку (АСМ + мишень) в противоположные стороны. (см. рис.). Теперь, включая и выключая двигательную установку РБ, можно либо поднять орбиту вращающейся тросовой системы вверх для захоронения, либо вниз для входа в атмосферу, где она или сгорит, или будет затоплена в океане.
Вся операция займет несколько часов. Ее продолжительность зависит от высоты орбиты мишени, ее массы, угловой скорости вращения тросовой системы и т. д. Затем трос автоматически отсоединится, и многотонный объект войдет в атмосферу. Здесь возможны варианты. Или погибнет вся конструкция, или удастся отцепить АСМ от мишени, смотать трос и вернуть АСМ на РБ. Оставаясь на орбите, конструкция будет поджидать следующую «жертву». Тогда задачу можно считать полностью выполненной. Но это — дело будущего. Прежде всего нужно отработать технологию захвата мишени, сформировать вращающуюся тросовую систему и т. д.
— Но такой способ уборки мусора потребует огромных денег.
— Да, по предварительным оценкам, он обойдется раза в полтора-два дороже, чем запуск нового спутника, то есть в несколько миллионов долларов. Сегодня уже формируется рынок космических услуг по очистке орбит. Думается, компании, создавшие и запустившие спутники, потратившие на это десятки и более миллионов долларов, не поскупятся на расходы, чтобы обезопасить свои детища.
— Похоже, проблему очистки космоса нужно будет решать всем миром, в одиночку с ней трудно справиться?
— Да, это так. Уже созданы совершенные системы наблюдения за околоземным пространством, которые позволили установить принадлежность практически всех обломков, вплоть до килограммовых, и присвоить им номера. Теперь известно, какая страна является собственником аппарата или ступени ракеты, превратившихся в мусор. Очевидно, что в ближайшее время в мире появятся мощные сервисные службы, специализирующиеся на уборке космического мусора.
— Как коллеги в мире относятся к вашим разработкам и когда они могут быть закончены?
— Мы активно общаемся, обсуждаем результаты исследований — это позволяет взаимно обогащаться, избегая лишних ошибок. Замечу, что наши проекты не остаются без внимания. За разработки по очистке околоземного космического пространства Международная ассоциация по повышению космической безопасности меня даже наградила. Что же касается сроков создания модуля-уборщика, то у нас уже есть мощный промышленный партнер ГКНПЦ им. М.В.Хруничева. И при достаточном финансировании через четыре-пять лет система будет завершена. Это еще раз подтвердит технологическую мощь нашей страны.

Юрий ДРИЗЕ

Нет комментариев