Лазер и телескоп объединились против космического мусора

Коллектив ученых из Японии, США и Европы разработал систему для обнаружения, трекинга и уничтожения космического мусора. Опасные объекты размером от 0,5 до 10 сантиметров предполагается сбивать при помощи лазера. Первый мини-прототип авторы планируют запустить на МКС в 2016 году. Работа опубликована в Acta Astronautica.

Идея концепта основана на совмещении двух известных приборов: телескопа EUSO, который будет установлен на МКС для изучения взаимодействия космического излучения с атмосферой Земли, и лазерной системы CAN (Coherent Amplifying Network), созданной для экспериментов по физике элементарных частиц. EUSO в свободное от «основной работы» время сможет взять на себя функцию обнаружения космического мусора и определения его орбиты, а CAN позволит определить точные характеристики болида, после чего «сбить» его с орбиты при помощи высокочастотной серии лазерных импульсов.

Если работоспособность подтвердится для небольшого прототипа на МКС, авторы предполагают запуск полноразмерного устройства на высоту до 800 километров (в два раза выше, чем МКС), где сосредоточена основная доля космического мусора.

Механизм, благодаря которому лазер может «сбить» посторонний объект с орбиты основан на явлении абляции. При попадании лазерного пучка на поверхность тела, его вещество начинает испаряться. Если мощность пучка ниже так называемого «порога абляции», в результате испарения образуется слабая плазма, этот эффект используется для мягкой и точной обработки поверхностей, а также для анализа, например, в геохимии.

Если же мощность выше порога абляции, происходит «минивзрыв», в результате которого образуется колодец в поверхности материала, а плазма выбрасывается пучком. Дальше срабатывает основной принцип ракетостроения: если тело выбрасывает поток горячего газа (или в данном случае — плазмы), само оно приобретает импульс в противоположном направлении. Если лазер светит «в лоб», то объект будет замедляться, а потеряв достаточно скорости, неизбежно упадет на Землю (или сгорит в атмосфере).

По существующим оценкам, масса космического мусора вблизи Земли сейчас достигает трех тысяч тонн. Он в основном состоит из вышедших из строя спутников, ступеней ракет, а также многочисленных осколков их столкновений. Если фрагмент космического мусора имеет размер меньше, чем полсантиметра, он, как правило, не представляет опасности для космических аппаратов (например, МКС). Если его размер составляет больше десяти сантиметров, станции  приходится маневрировать для избежания столкновения.

Когда размер «мусора» составляет несколько сантиметров, он уже может нанести значительный ущерб станции, но из-за большой скорости его очень трудно засечь и увернуться. Использование лазера для одновременной детекции и уничтожения посторонних объектов позволит хотя бы частично решить проблему космического мусора.