Орбитальная мусорная сеть для крупного мусора

Оборонное агентство DARPA работает над проектом большой электродинамической сети EDDE, способной собирать на низкой околоземной орбите фрагменты мусора тяжелее 2 кг. Осуществлять эту идею призван орбитальный «тральщик», представляющий собой группу небольших аппаратов и солнечных панелей общим весом около 100 кг. Каждый модуль EDDE имеет небольшую сеть весом 50 г. Она с помощью специального устройства способна захватывать небольшие объекты, движущиеся со скоростями 2–3 м/с относительно модуля. Планируется, что сеть EDDE будет запускаться в направлении скопления космического металлолома, разворачиваться и спускаться в направлении Земли.


Разработчики сети EDDE планируют её возможность активно маневрировать, обходя спутники и наводясь на новые цели, а захваченный орбитальный мусор в это время продолжит падение в плотную атмосферу.
Расчёты показали, что для удаления с низкой околоземной орбиты более чем 2400 объектов орбитального мусора или орбитальных отходов весом более 2 кг каждый, понадобится 12 сетей EDDE общим весом около 1 т.
По мнению разработчиков, за 7 лет 12 аппаратов EDDE способны полностью очистить ОКП от крупных кусков орбитального хлама. Первый полёт аппарата EDDE запланирован на 2013 год, а разворачивание всей группы должно начаться в 2017 году.
Безусловно, заявленный агентством DARPA проект поражает масштабом и размахом, однако его реализация в заявленные сроки, по нашему мнению, не реальна. При воплощении этого амбициозного проекта «в металл» и натурных экспериментах разработчиков ждут непреодолимые технические и финансовые трудности…
Более реалистичен и сравнительно дёшев проект запуска на орбиты ОКП пыли, тормозящей движение мусора. Американские учёные из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США предложили оригинальный способ удаления орбитального мусора [37]. Этот метод ориентирован на устранение обломков и частиц небольших размеров (до 10 см). Многочисленные частицы такого диаметра не менее опасны, чем крупные объекты: за маленькими фрагментами невозможно следить, а повреждения, наносимые ими, могут оказаться весьма серьёзными. Расчётное пространственное распределение этих обломков напоминает распределение 19 тысяч занесённых в каталоги массивных объектов, которые находятся на орбите Земли, но смещено на большую высоту.
Время жизни орбитального мусора растёт вместе с так называемым баллистическим коэффициентом В, определяемым как отношение массы объекта М к площади его эффективного сечения S и коэффициенту аэродинамического сопротивления движению Сх [38]:
В = М/ CxS,
где S = (I·d) 2 — среднегеометрическое значение площади неориентированного осколка;
I, d — длина и ширина мусорного фрагмента.
Известно, что фрагменты и частицы орбитального мусора со значениями баллистического коэффициента В от 3 кг/м2 до 5 кг/м2 скапливаются на высотах около 1000 км над Землёй и могут находиться там веками. Если эти объекты находятся ниже 900 км, где сопротивление среды заметно возрастает, максимальное время их жизни сокращается до 25 лет [37].
Таким образом, суть задачи освобождения от орбитального мелкофракционного мусора сводится к уменьшению высот его полёта до 900 км и ниже. Дальнейшее его «провисание» будет происходить естественным путём ускоренным темпом. Проблема может быть решена путём увеличения сопротивления движению этих частиц на орбитах.
Авторы предлагают использовать для этого вольфрамовые пылевые частицы диаметром 2 (А50 мкм, доставленные на квазикруговую полярную орбиту, которая также будет сокращаться за счёт сопротивления среды. Скорость этого процесса зависит от размеров и плотности частиц. Её можно контролировать, если тщательно спланировать траектории орбитального мусора и траектории воздействующей на него металлической пыли. При использовании вольфрамовых мелкодисперсных частиц, по расчётам авторов предложения, эти объекты будут снижаться синхронно. Синхронизация даст возможность уменьшить толщину пылевого слоя AR (см. ниже приведённую схему), которая необходима для очистки требуемого интервала высот 5R.
По расчётам исследователей, для перевода небольших обломков с орбиты высотой 1100 км на 900-километровую понадобится слой 30-микрометровой вольфрамовой пыли толщиной в 30 км и общей массой «всего» в 20 тонн. Процесс искусственного снижения мусора при этом растянется на 10 лет.
Микроскопические пылевые частицы, как уверяют авторы проекта, не будут угрожать работе спутников. Поскольку микрометеориты космического мусора ежедневно доставляют огромные объёмы пыли к Земле, дополнительные 20 тонн вольфрамовой пыли не нарушат установившегося природного равновесия.
Предложенный способ очищения ОКП от мусорных орбитальных экскретов достоин внимания, однако он совершенно не проработан технически и имеет немало «подводных камней». В качестве замечаний к нему следует указать на неопределённость вопросов доставки и распыления металлической пыли на заданных высотах. Как можно сформировать в условиях невесомости равномерный пылевой слой? Не возникнет ли при распылении частиц облако неопределённой конфигурации и нерегулируемых размеров? Как привнесённая в ОКП пыль может повлиять на прохождение солнечной радиации к Земле и не окажет ли она негативного экранирующего воздействия на теплообмен, а значит и на климат планеты?
Кроме технических проблем и вопросов следует иметь в виду международный характер такой акции, затрагивающей интересы всего человечества. Поэтому необходимо проведение обсуждения этой проблемы научным международным сообществом.
Кстати, такие обсуждения должны предварять и любые другие активные вмешательства в ОКП, которые могут иметь непредсказуемые последствия для биосферы планеты.