З.Орбитальные отходы
Отходы орбитальной ракетно-космической деятельности (Орбитальные отходы) как экскреты – это потерявшие работоспособность летательные аппараты ракетно-космической техники и их фрагменты, которые могут быть повторно использованы в качестве сырья. На современном уровне развития ракетно-космической техники демонтаж и повторное использование летательных аппаратов с выработанным ресурсом или повреждённых на орбите является проблематичным. Однако это не значит, что такая деятельность не будет реализована в обозримом будущем.
Летательными аппаратами ракетно-космической техники (РКТ) по определению являются средства выведения и пилотирования такой техники:
– ракеты-носители (PH);
– разгонные блоки (РБ);
– космические аппараты (КА);
– орбитальные станции.
Важно отметить, что перечисленные выше экскретные объекты должны находиться в ОКП в процессе выведения или в установившемся полёте. Отходы РКТ, возникающие при других ситуациях или в других местах, не могут рассматриваться орбитальными.
В процессе своего существования орбитальные отходы могут трансформироваться в другие экскреты, продолжая находиться в ОКП или переходя в другие природные среды планеты (приобретать статус мусора, утрат, потерь или находок).
Приведём другое определение отходов орбитальной ракетно-космической деятельности. Орбитальные отходы – это объекты в области активной ракетно-космической деятельности (200 км < Н < HGEO), потерявшие работоспособность, но имеющие ценные узлы, агрегаты или металлоконструкции, которые могут быть использованы или утилизированы. Эти объекты, как правило, представляют опасность действующим летательным аппаратам. Их в просторечии ошибочно называют «космическим мусором», хотя они к Космосу не имеют ни какого отношения, а мусором могут стать только будучи перемещёнными в нижний атмосферный слой или на свалку орбитального мусора (за орбиту HGeo +200 км).
Красиво, не правда ли? Десятки тысяч объектов: действующих спутников, их разрушенных фрагментов, деталей ракет и обломков измерительной техники, не считая метеозондов, кружатся на орбитах Земли. Такое феерическое зрелище проявилось бы, если на каждый орбитальный объект поставить фонарик.
Конечно же демонтаж и повторное использование таких объектов в настоящее время ещё не практикуется, а находится в стадии исследования и опытных разработок. Вывоз и утилизация космических отходов – весьма дорогостоящая и трудоёмкая операция, тем не менее уже сегодня этот бизнес может быть рентабельным. Об этом говорит интерес разработчиков космической техники к использованию орбитальных отходов.
Агентство по перспективным оборонным исследованиям Пентагона (DARPA) запустило программу «Феникс» (Phoenix), призванную превратить более сотни списанных спутников связи, «болтающихся» на геостационарных орбитах, в источник дорогих и уникальных частей для космической техники [16]. Авторы этого проекта предлагают некоторые узлы давно выключенных спутников использовать в новых изделиях. Разделка и утилизация отработавших аппаратов прямо в околоземном пространстве могла бы сэкономить миллионные затраты.
Высокая цена спутников связи обусловлена как стоимостью деталей, так и большими затратами на запуск аппаратов в ОКП. Между тем в списанных, выработавших ресурс сателлитах находится немало узлов, которые могли бы ещё поработать. Ныне на орбитах в виде «мёртвого» хлама крутятся в виде отходов сотни миллионов долларов. Нерационально оставлять такое богатство без дела и заново производить те же самые узлы на Земле, а потом ещё тратиться на их подъём в ОКП и в Космос.
Один из важнейших таких узлов – антенна. Она не только дорога в изготовлении, но и объёмна и немало весит, что влияет на размеры и массу ракеты-носителя и спутника, а следовательно, и на стоимость его запуска. Именно антенны призван утилизировать проект «Феникс» в первую очередь. Сердцем комплекса должен стать автоматический аппарат, условно названный tender (плавучая база). Он должен быть оснащён роботизированными руками с набором инструментов, необходимых для разделки орбитальных отходов в виде вышедших из строя спутников и орбитальных космических станций.
Сложность осуществления этого проекта состоит в неподготовленности космонавтов и техники для реализации этого амбициозного замысла. Спутники и другие летательные космические аппараты не разрабатывались в расчёте на разборку, так что орбитальному сервисмену недостаточно будет уметь откручивать гайки – ему придётся немало сверлить и резать.
В процессе демонтажа орбитальных отходов проект предусматривает наличие целого флота помощников – миниатюрных спутников PODS (payload orbital delivery system, «орбитальная система доставки нагрузки»). Эти миниатюрные аппараты должны храниться на борту «тендера», пока не понадобятся для захвата очередной антенны [16, 17].
Развитие проекта использования орбитальных отходов предполагает создание орбитальной антенной сети на базе отработавших спутников космической орбитальной «свалки».
Отмечается [18], что запуск спутников является крайне дорогостоящим и рискованным делом – полезная нагрузка по цене 20 тыс долл, за 1 кг может погибнуть при выводе его на орбиту или в результате аппаратурной неисправности. Специалисты DARPA разработали уникальную систему Phoenix, которая способна превратить мёртвые спутники общей стоимостью 300 млрд долл, в полезные массивы антенн.
Система Phoenix состоит из спутника-носителя и множества небольших микроспутников, названных Satlet. Микроспутники могут доставляться на орбиту обычными коммерческими спутниками, после достижения геостационарной орбиты спутник-носитель сможет «подрулить» к «кладбищу» космических аппаратов. После выбора на «кладбище» конкретного орбитального отхода начнётся этап отделения наиболее дорогостоящих его частей для их повторного использования. Таким образом мыслится космический хлам превращать в ценные орбитальные объекты. На завершающем этапе демонтажа орбитальных отходов к антенне прикрепятся микроспутники Satlet, которые возьмут на себя роль системы управления новой антенной. Подобные утилизированные и модифицированные антенны и космические аппараты можно собрать в антенные массивы и использовать для ретрансляции сигнала, разведки и научных наблюдений.
Бесполезные мёртвые спутники с помощью новой системы DARPA могут быть трансформированы в околоземную орбитальную антенную сеть
В DARPA основные сложности видят в демонтаже антенн спутников. Их не так просто отделить, поэтому необходимо разработать новые технологии дистанционного управления, захвата изображений и специальные робототизированные инструменты для удержания, разрезания, перемещения и монтажа антенн.
Первое испытание технологии намечается на 2015 год. Основное ограничение для работы орбитального утилизатора орбитальных отходов заключается в том, что любое оборудование в ОКП и в Космосе из соображений национальной безопасности является собственностью страны, которая его изготовила, а потому возвращать к жизни все подряд спутники не удастся. Это будет противоречить существующим нормам законов о космической деятельности, но законы могут быть изменены или разработаны новые, и тогда для утилизаторов орбитальных отходов открываются захватывающие перспективы…
Следует заметить, что прежде чем этот проект станет реальностью, исследователи должны разработать новые технологии робототехники и систем удалённой визуализации, создать механизмы захвата и отсоединения деталей спутников и ещё многое другое.
Учёные из канадского университета Квинс разрабатывают автоматическую систему ремонта и обслуживания спутников прямо на орбите. Этот проект поможет избежать лавинообразного роста орбитальных отходов и орбитального и мусора, которые начинают всё сильнее мешать нормальной работе в околоземном космическом пространстве. В основном это сломавшиеся и ставшие неуправляемые спутники и последние ступени ракет-носителей.
Группа инженеров для решения этой проблемы разработала специальную следящую систему, которая позволит автономному космическому ремонтному роботу (Autonomous Space Servicing Vehicle – ASSV) "поймать" сломавшийся спутник и отбуксировать его на борт ремонтной базы [19]. Процесс ремонта будет управляться с наземных станций.
Одной из главных трудностей является проблема поиска неисправного спутника. Для этого будет использоваться
специальное программное обеспечение и световой радар, который позволяет точно определить местонахождение спутника, его тип и отслеживать перемещения объекта.
В виде развития идеи использования в ОКП отходов ракетно-космической техники можно предложить создание на борту орбитальной ремонтной базы защитного выносного экрана. Такой экран мыслится собирать из плоских и достаточно массивных элементов РКТ типа солнечных батарей. Если разместить такой экран перед защищаемым объектом, то он способен обеспечить его безопасность при столкновении с космическим или орбитальным мусором. Вся кинетическая энергия высокоскоростного обломка или мусорной частицы будет израсходована при соударении с экраном, а защищаемый объект останется невредим. Устройство такого защитного экрана иллюстрируется рисунком 3.1.
Рис. 3.1. Схема защиты космического аппарата от орбитальных экскретов выносным экраном, собранном из орбитальных отходов: 1– КА; 2– защитный выносной экран; 3– стойки экрана; 4 – космический и орбитальный мусор
В настоящее время вокруг Земли вращаются более 600 тыс. объектов диаметром более 1 см. По данным Европейского космического агентства (ЕКА) 41 % этих объектов составляют различные обломки, потерянные инструменты и другие мелкие детали, 22 % – это отработавшие свой срок космические аппараты, 13 % от их общего числа составляют материальные «следы» различных экспериментов и научных проектов, 7 % – части ракет-носителей [20]. В то же время на функционирующие космические аппараты приходится только 7 % огромного количества летательных аппаратов ракетно-космической техники, связанных с освоением космоса человечеством. Получается, что 93 % объектов, вращающихся вокруг Земли, – это бесполезный и опасный мусор, разбросанный по различным орбитам. Причём каждый пятый орбитальный объект может квалифицироваться как орбитальный отход, то есть может представлять собой материальный и финансовый интерес.
Конец ознакомительного фрагмента.