Для решения этой проблемы международная команда ученых предложила сбивать мусор с помощью волоконного лазера.
Кадр из фильма «Звездные войны»
Сейчас по орбите планеты летают остатки спутников и космических станций, а также отходов от их столкновений общей массой 3000 тонн.
Ученые предложили систему из двух основных составляющих для борьбы с космическим мусором. Инфракрасный телескоп обсерватории EUSO, установленной в японском модуле Международной космической станции, будут использовать для отслеживания мусора, движущегося с высокой скоростью. Затем на мусор будут воздействовать с помощью волоконного лазера CAN, использующегося для ускорения элементарных частиц: лазер будет «сбивать» мусор с орбиты и отправлять его гореть в атмосферу. Ученые ожидают, что эта система позволит астронавтам «охотиться» даже за мелким мусором — диаметром в сантиметр.
Вся программа состоит из трёх этапов. На первом этапе ученые продемонстрируют возможность обнаружения мусора с помощью обсерватории и воздействия на него с помощью 100-волоконного лазера. На втором этапе мусор начнут уничтожать с помощью лазера CAN на основе 10000 волокон — эта система будет работать в радиусе 100 километров. На третьем, заключительном этапе, ученые планируют очистить от мусора орбиту на высоте 800 километров от Земли.
Комментарии (36)
ChiefPilot
21.04.2015 15:18+1Ну всё! Готов сценарий из будущего: на МКС заводится космонавт-террорист или хотя бы самоубийца, но террорист «веселее». Берёт в заложники текущий экипаж (или убивает). Угрожает угробить станцию. Пуляет лазером по спутникам (а при хорошей мощности и по объектам на Земле?). Попытка послать на станцию экипаж для захвата проваливается, так как террорист пульнул и по пытавшемуся пристыковаться кораблю. Земле приходится уничтожить станцию сбросом на пересекающуюся с ней орбиту облака мельчайших частиц чего-либо. Или же террорист таки роняет станцию на Землю, да ещё и попадает несгоревшими обломками в какой-либо крупный город.
И после пилота, недавно разбившего самолёт в Альпах, это не так уж фантастично, не находите?
А сейчас он (гипотетический террорист), вероятно, может устроить манёвр уклонения станции при попытке стыковаться с ней. Просто запустив программу подъёма орбиты или хотя бы как-то повлияв на ориентацию (гиродины). Но с лазером, конечно, опять же — «веселее». :(
BalinTomsk
21.04.2015 18:35--Земле приходится уничтожить станцию сбросом
Для этого есть авиационные ракеты земля-космос
me76
21.04.2015 17:32-4А мусор в основном металлический, либо содержит крупные стальные элементы? Если да, то не было бы проще тормозить его магнитом (при этом воздействуя сразу на целую область мусора, а не на отдельные обломки), после чего мусор сам упадёт и сгорит в атмосфере?
BelBES
21.04.2015 18:06+7Вы думаете, что когда у ученых появилась возможность получить в свои руки космическую станцию с лазерной пушкой, они хоть на минуту задумались о рациональности?)
kamaikin
21.04.2015 18:09+8Какова должна быть мощность магнитного поля, что бы на дистанции пусть в 10 км (одна десятая указанной для лазера) затормозить в приемлемое время объект весом в 1 грамм на 1 километр в секунду? И сколько будет весить капсула для экранирования оператора такого устройства?
Mad__Max
21.04.2015 22:20+1А у нас уже разве научились делать сфокусированные «магнитные лучи» по аналогии с лазерами(сфокусированными когерентными пучками света)?
Насколько знаю — нет. Ну а обычное магнитное поле ослабевает пропорционально квадрату расстояния, в отличии от лазеров у которых с расстоянием происходит только небольшая расфокусировка, а потери энергии близки к нулю (если все происходит в вакууме как в данном случае).
me76
21.04.2015 23:35-4Спасибо за разъяснения. Тогда такой вариант (я так легко не уймусь :))) ): со станции, находящейся на безопасном удалении от мусорного пояса, опускается на троссе электромагнит, который включают при достижении зоны мусора. На него, как мухи на
говмёд, налипают металлические элементы. Набрав определённое количество мусора, электромагнит отключают (станция и магнит движутся медленее мусора, либо могут разгоняться и тормозить, чтобы погасить скорость мусора на магните), и мусор падает в атмосферу.kamaikin
22.04.2015 10:57Что делать с пластиковыми кусочками? Что делать с металлом, который не магнитится? Какая мощность магнита, нужна для того, что бы собрать мусор из сферы в 100 м? Сколько энергии уйдет на то, что бы собрать мусор поднять его на станцию, упаковать и свести с орбиты. Сколько будет весить конструкция трос + кабель питания + магнит (нужной мощности) + солнечная батарея для питания? Ну и посчитайте стоимость заброски агрегата на орбиту хотя бы приблизительно (скажем протоновские 3500$ за килограм груза)…
MaxAlekseev
21.04.2015 18:12+1Не совсем понятен увод мусора лазером в плотные слои атмосферы. Насколько я понимаю если просто пальнуть лазером по куску мусора, то получим оплавленный кусок мусора, либо облако оплавленных осколков, мелкие наверное можно испарить.
kamaikin
21.04.2015 18:19+2Если попасть в кусочек, то какое то количество вещества испариться. создадим реактивную силу, направленную в сторону противоположенную, той с которой испарилось.
MaxAlekseev
21.04.2015 18:21Т.е. я так понимаю пальба возможна только в лобовую, иначе придадим дополнительное ускорение. Еще не раскрыт источник энергии для подобного рода операций.
kamaikin
21.04.2015 18:23Зачем… задача изменить орбиту. стреляем слегка по касательной и чуть чуть (на пару градусов сдвигаем орбиту. Осколок прошел мимо, цель достигнута. А скинуть в атмосферу… через n витков упадет.
MaxAlekseev
21.04.2015 19:01+1Исходный текст гласит
лазер будет «сбивать» мусор с орбиты и отправлять его гореть в атмосферу
, что говорит нам что задача таки убрать с орбиты совсем и скорее всего прямо вот сейчас
стреляем слегка по касательной
это же не стоящий на месте шар в бильярде по которому лупим другим шаром, а произвольно вращающийся объект вокруг центра масс достаточно произвольной формы, неизвестного содержания и массы.
Подводя итог, хотелось бы детальнее раскрыть тему «Как выстрелив из мега лазера заземлить кусок космического мусора ?»
qbertych
21.04.2015 22:22+2В авторской работе написано, что вращение куска мусора не учитывалось. Так что пока это сферический конь в вакууме (причем, в прямом смысле слова).
egigd
07.05.2015 17:09Процесс длиться наносекунды, за это время мусор повернуться не успеет, так что получит импульс строго вдоль направления движения луча.
rPman
22.04.2015 01:08Отлично, вместо твердого мусора, летящего с первой космической скоростью, получаем газы сравнимой массы, летящие с примерно той же скоростью. Может физически разрушить газообразный мусор уже не сможет, но повысить температуру обшивки при его поглощении — вполне.
a5b
22.04.2015 07:45В первую очередь — испарить часть мусора, чтобы он изменил орбиту. Газы с высокой скоростью намного приятнее в плане защиты, чем сантиметровые куски материала. Именно на сантиметровые объекты рассчитана штатная защита жилых модулей МКС (MMOD):
www.nasa.gov/centers/wstf/laboratories/hypervelocity/mmod.html
«The ISS is the most heavily shielded spacecraft ever flown. Shielding is designed to protect critical components such as habitable compartments and high-pressure tanks from the nominal threat of an aluminum sphere approximately 1 cm in diameter.»
В целом, мусор размером более 10 см отслеживается с Земли:
«Larger particles (objects greater than 10-cm in diameter) are being tracked and catalogued by USSPACECOM radar. Spacecraft and satellites can avoid collisions by maneuvering around the larger debris.»
Авторами обсуждаемого проекта предлагается не только лазер, но и система для обнаружения мусора размером 0.5 — 10 см, как раз такого, который представляет собой опасность для МКС и почти не каталогизирован.
egigd
07.05.2015 17:11Газ сам по себе рассеивается. И на высоте орбиты МКС газа и так полно (от того и приходится постоянно орбиту поднимать).
GavriKos
21.04.2015 18:30Интересно, какие есть трудности, кроме высоких скоростей, для ловли таких объектов и последующего ре-использования? Астероиды же планируют так ловить.
DaveDee
21.04.2015 19:56количество топлива, необходимого для «маневров» по орбите, в попытках поймать что-то.
GavriKos
21.04.2015 20:36+1Но ведь мусор летит по относительно известным траекториям, так же как и астероиды. Если ловить не один кусочек, а много и долго — может будет какая то выгода?
rPman
22.04.2015 01:09Топливо не нужно — у нас есть солнечный парус и много времени.
kamaikin
22.04.2015 13:44Полагаю, что парус создаст слишком большое сопротивление (не забываем на высотах до 500 км еще сохраняется действие атмосферы. И он будет скорее тормозить космический аппрат, чем давать возможность маневрировать или хотя бы поддерживать орбиту. Не говоря уже о том, что встреча с мелким мусором в течении продолжительного времени превратит парус в решето, угробив полностью его тягу…
Да и какая там тяга то…
a5b
22.04.2015 07:33+1Полный текст статьи www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094576515000867 «Demonstration designs for the remediation of space debris from the International Space Station» Acta Astronautica Volume 112, July–August 2015, Pages 102–113 doi:10.1016/j.actaastro.2015.03.004 pii S0094576515000867
есть на странице: www.researchgate.net/publication/273912262_Demonstration_designs_for_the_remediation_of_space_debris_from_the_International_Space_Station
> На третьем, заключительном этапе, ученые планируют очистить от мусора орбиту на высоте 800 километров от Земли.
… используя собственный космический аппарат («3) A free-flyer mission dedicated to debris remediation in a polar orbit with the altitude near 800 km») — т.к. лазер с МКС (~400 км) до орбит 800 км будет светить не особо интенсивно
«pulsed ablation of the debris surface leads to a momentum transfer via the rocket effect. If the orbital velocity is sufficiently reduced, reduction in the altitude of the debris's perigee will enable atmospheric re-entry. With laser pulse thrust of <<1 Newton, a rapid train of pulses is requierd to deliver a total delta v ~ 10^2 m/s» (cm size debris)
«space-based laser… Coherent Amplyfying Network (CAN) fibre-based technology. A CAN laser is comprised of an array of fibers, each producing a laser beam of ~1mJ, whichi is phase combined into a beam of total energy og 1-100 J.… electrical efficiency approaching 30% and a repetition rate higher than 10 kHz are possible»
Дальность обнаружения мусора на телескопах JEM-EUSO (3х1х3 метра) — 10^3 км для 10-см мусора, ~100 км для 1-см; для уменьшенного телескопа mini-EUSO (0.25х0.25х0.5 метра; такой планируется к установке на МКС на первом этапе) на порядок меньше — ~100 км для 10см и ~10 км для 1 см.
Для МКС на первом этапе планируют прототип лазера на ~100 волокон, с электрическим потреблением около 1 кВт*ч (8 кг Li-ion батарей) на серию 10 Дж импульсов (суммарно по 100 волокнам, каждое 0.1 Дж) для одного объекта, с фокусированием на расстояниях 20-60 км (до 100 км). Ожидается до 20-30 обнаружений мусора в год и облучение 2-3 в год.
edvorg
Может они еще и сосули за одно сбивать будут?
brzsmg
Нет, но вражеские спутники точно, если понадобиться. Только кто враги?
aikixd
Смотря кто у пульта сидит.
ChiefPilot
Если кто не в курсе про «сосули» зацените: www.gazeta.spb.ru/273941-0 — это стоит сделать, на мой взгляд! Не все же у нас тут из Питера и многие могли это тогда проехать мимо. Ну вот восполните хоть сейчас, если появится желание. :)
Aclz
На Маяковского намек чтоль?