Новая сеть-мембрана для очистки космического мусора

В последние годы активно обсуждаются различные идеи по безопасному захвату и деорбитированию космического мусора. Инженеры и ученые пробуют множество подходов, от электрических тросов до лазеров, чтобы справиться с растущей проблемой орбитального мусора. Однако одна простая концепция — сеть — продолжает появляться в различных исследованиях. В новой работе, опубликованной учеными из Китайской академии наук и Университета электронной науки и технологии Китая, представлена одна из самых продвинутых концепций сетей, хотя остается вопрос, сможем ли мы ее реализовать. {{img:123}}

Сеть имеет очевидные преимущества. Альтернативные решения, такие как роботизированные руки, требуют наличия "кооперативного" спутника, который можно легко подключить. Другие варианты, например, захваты, могут привести к еще большему количеству мусора, разрушая спутники на месте. Лазеры, упомянутые ранее, требуют значительных энергетических затрат и сложного понимания динамики цели, чтобы быть эффективными. {{img:124}}

Сети, с другой стороны, гораздо проще в реализации. Тем не менее, они также имеют свои недостатки. После развертывания сеть становится практически неконтролируемой. Более того, их трудно повторно использовать. Если сеть будет использована для деорбитирования мусора, придется отправлять отдельную миссию для каждой единицы, что может оказаться слишком дорогим. {{img:125}}

В новой работе, опубликованной в журнале Space: Science & Technology, описывается инновационная сеть, которую можно рассматривать как гибридную систему "сеть-мембрана". Она включает многослойную гибкую мембрану с электроникой, аккумуляторными слоями и сплавами с памятью формы (SMA), которые становятся все более распространенными на некоторых типах космических аппаратов. {{img:126}}

Развертывание сети достаточно просто. Спутник "преследователь" приближается к целевому объекту мусора и запускает четыре снаряда, прикрепленных к углам сети под углом 30 градусов (что, согласно статье, является оптимальным углом). Тяга от снарядов разворачивает мембрану, которая обвивает мусор и эффективно захватывает его. Используя встроенные SMA, мембрана может сохранять свою форму и надежно удерживать мусор, пока он не будет деорбитирован до точки, где он безопасно войдет в атмосферу. Кроме того, мембрана затем складывается и втягивается обратно в спутник-преследователь, который готов к следующему запуску. {{img:127}}

В описании работы есть множество "первых разов". Однако, согласно статье, эта концепция работает теоретически. Исследователи выбрали метод моделирования, известный как метод многочастиц (MPM), вместо традиционного анализа конечных элементов (FEA) из-за сложности вычислений последнего. MPM позволил разбить мембрану на сетку масс, соединенных пружинами-демпферами, чтобы смоделировать изгиб, растяжение и сдвиг. {{img:128}}

Некоторые ключевые особенности проявились в ходе симуляций. Одной из них был упомянутый выше угол развертывания. Однако также оказалось, что расстояние до цели значительно влияет на силы, действующие на мембрану. На расстоянии 2 метра она будет подвергаться огромной силе в 3374 Н, но при увеличении расстояния до 3 метров это значение снижается вдвое. {{img:129}}

Хотя симуляции полезны, выдержать такую силу — это большая задача для материала толщиной всего 10 микрон. Особенно когда у него так много переплетенных слоев, которые не обязательно предназначены для механических свойств. Симуляции также представляли собой упрощенные версии операционной среды, в которой будет работать мембрана, игнорируя солнечное давление и атмосферное сопротивление, которые играют важную роль в захвате орбитального мусора. {{img:130}}

Тем не менее, решать проблему космического мусора необходимо. Доказательство теоретической возможности идеи — это первый шаг к ее реализации, хотя, вероятно, пройдет не менее нескольких лет, прежде чем мы увидим такую гибридную мембрану на миссии по удалению мусора. В то же время другие технологии, такие как роботизированные руки и магнитные пластины, продолжают развиваться. Чем больше у нас будет вариантов для решения этой потенциально разрушительной проблемы, тем лучше.