Элементы — Космос
Спутник «Маяк» и другие сборщики космического мусора
14 июля с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Союз 2.1а» с 73 спутниками на борту. В их числе спутник «Маяк» — около половины средств на его производство собрано на краудфандинговой платформе Boomstarter.
В стратосфере «Маяк» развернул пирамиду со сторонами около 3,5 м: на трех упругих профилях натянута светоотражающая металлизированная пленка. Авторы проекта обещали, что спутник будет светиться ярче любой звезды на ночном небе, но результат устроил не всех: многие жаловались, что найти спутник на этом небе очень сложно.
Вращение спутника обеспечивает двигатель, работающий на карбонате аммония — разрыхлителе теста. Это очень простой и недорогой спутник: он стоил 3,89 млн руб. Средства на его создание команда изобретателей под руководством Александра Шаенко собирала на сайте проекта — около 200 тыс. руб., на Boomstarter — 1,79 млн руб., еще около 1,9 млн руб. дал спонсор, Рокетбанк. По заявлению команды проекта, «Маяк» будет решать и важные научные задачи, одна из которых — «испытание в реальном полете аэродинамического тормозного устройства, которое в дальнейшем можно будет использовать для сведения с орбиты космического мусора». Как именно аппарат может захватывать мусор, пока не ясно, но в мире есть и другие объекты, которые призваны решить эту проблему.
По данным НАСА, вокруг Земли вращается около 7 тыс. т космического мусора: от чешуек краски с космических кораблей и частиц, образующихся в ходе работы двигателей, до гаек, болтов и целых нерабочих аппаратов. Мусор иногда сталкивается с таким же мусором или работающими спутниками. Как в 2009 году, когда списанный «Космос-2251» столкнулся с рабочим (до того момента) Iridium 33: система контроля космического пространства США зарегистрировала более 2100 фрагментов от обоих аппаратов. А если мусора станет так много, что столкновения будут происходить непрерывно и околоземная орбита станет непригодной для использования? Чтобы не допустить такого сценария, называемого «синдромом Кесслера», обсуждаются разные варианты действий, суть которых сводится к двум— утащить мусор подальше от Земли или поближе к ней.
Одеяло и планер
В 2016–2017 годах НАСА выделило $600 тыс. на проект Brane Craft, предложенный Зигфридом Дженсоном из Aerospace Corporation. Его компьютерная модель похожа на кусок линолеума или клеенки с незамысловатым сине-желтым рисунком, а принцип действия прост. Тончайшая мембрана размером 0,9 0,9 м будет улавливать космический мусор, оборачиваться вокруг него, как одеяло, и уносить в атмосферу, где и сгорать вместе с ним.
Сама мембрана Brane Craft напоминает бутерброд: два листа тонкой изолирующей пленки, каптона, между ними — промежуток в 10 микрон, заполненный инертным газом. Планируемая масса аппарата, включая всю техническую начинку, — всего 35 г на 1 кв. м. Это легче любого из существующих космических роботов: один из самых легких космических аппаратов из числа уже работающих на орбите — многозадачный робот CubeSat, который весит около 1 кг. Brane Craft будет работать на солнечных батареях, вся начинка, включая систему управления и коммуникаций, должна «вшиваться» внутрь мембраны, обещает автор проекта.
Профессор Колорадского университета Ханспетер Шауб предлагает убирать космический мусор, не прикасаясь к нему, — как раз для того, чтобы избежать «синдрома Кесслера» из-за контактов уборщиков мусора с мусором. Его проект GliDeR — «Планер», или Geosynchronous Large Debris Reorbiter, — предполагает, что космический мусор будет притягиваться к транспортировщику с помощью электрического заряда, как наэлектризованные волосы притягиваются к расческе. В теории GLiDer «выстреливает» в объекты космического мусора пучком электронов, они получают положительный заряд, сам «планер» становится отрицательно заряженным. В результате мусор, как на буксире, тянется за аппаратом на расстоянии 15–25 м.
Так продолжается до тех пор, пока мусор не накопит из окружающего пространства определенное количество заряженных частиц, достаточное для того, чтобы заряд снова стал нейтральным. Как только это произойдет, мусор отцепится от буксира и продолжит движение в открытый космос (предполагается, что за это время GLiDer успеет отвезти мусор так далеко, что сила притяжения Земли уже не будет действовать). Минус подобного способа — это очень долго. На то, чтобы как следует наэлектризовать мусор, может уйти два-три месяца. Можно сократить этот срок, стреляя по мусору более сильными зарядами, но в этом случае есть риск, что отцепить его в нужный момент будет большой проблемой.
Гекконы, лед и пыль
В марте 2006 года на сайте Стэндфордского университета появилось сообщение об успешном испытании робота-геккона StickyBot. Он мог карабкаться по любой гладкой и отвесной поверхности: в официальном видео, например, он довольно уверенно взбирался по обыкновенному стеклопакету. При этом робот не использовал ни присоски, ни клей: лапки «липкого бота» покрыты крошечными волосками — диаметром почти вдвое меньше, чем диаметр эритроцитов. Между этими волосками и поверхностью возникает межмолекулярное притяжение, в науке известное как силы Ван-дер-Ваальса (их используют и настоящие, живые, гекконы). В отличие от присосок волоски могут «приклеиваться» практически к любым, а не только к идеально гладким поверхностям. Именно поэтому живой геккон одинаково успешно взбирается по стеклу и шершавым стволам деревьев. Кроме того, присоски работают благодаря разнице давления, то есть бесполезны в космосе, а силы Ван-дер-Ваальса действуют и в безвоздушном пространстве. Поэтому тот же принцип использовала команда Аарона Парнесса при проектировании робота-мусорщика Gekko Gripper («захват геккона»).
Проект спонсирует Center Innovation Fund (CIF), одно из подразделений НАСА. Устройство прошло несколько испытаний, самым зрелищным из которых был полет на истребителе с воссозданием условий невесомости: тогда исследователям удалось захватить гекконом-манипулятором и без труда поднять 113-килограммовый «объект» — одного из своих коллег. Предполагается, что управляемый с Земли робот, оснащенный таким манипулятором, может искать и собирать на орбите для сжигания в верхних слоях атмосферы особенно крупные и опасные части космического мусора.
Есть еще более экзотические предложения. Гурудас Гангули из Исследовательской лаборатории ВМФ США предлагает вывести на орбиту аппарат, который будет выпускать в космос облака вольфрамовой пыли. Как объяснял Гангули, если выпускать такую пыль в направлении, противоположном траектории движения мусора, можно вызвать замедление мусора, его опускание вместе с облаком все ниже и, как следствие, сгорание в атмосфере. Автор проекта замечает, что можно собирать дозированные облака пыли в местах скопления мусора и таким образом «подметать» космос.
А Джеймс Холлопетер из GIT Satellite предлагает отправить на орбиту вместо пыли из вольфрама обычную воду. Попав в космический минус 270, вода кристаллизуется, будет тормозить мусор и опускать его в атмосферу так же эффективно, утверждает он. По его расчетам, если НАСА возьмет на себя всю бумажную работу, тестирование проекта будет закончено через 18 месяцев.