Двунаправленный плазменный двигатель сведет космический мусор с орбиты

Японские и австралийские ученые показали, что плазменный ракетный двигатель с двумя противоположно направленными соплами можно использовать для снижения скорости космического мусора. Один из создаваемых двигателем потоков плазмы будет тормозить космический мусор, а второй позволит предотвратить изменение скорости самого спутника, рассказывают авторы статьи в Scientific Reports.

Космический мусор на околоземных орбитах представляет собой большую проблему уже сейчас, к примеру, в 2016 году на одном из иллюминаторов МКС обнаружили скол диаметром семь миллиметров. А в будущем увеличение количества объектов на орбите может привести синдрому Кесслера — быстрому лавинообразному росту количества частиц мусора, которое помешает выводу новых аппаратов в космос.

Для предотвращения такого сценария инженеры из многих стран разрабатывают различные методы сведения космического мусора с орбиты. Помимо контактных методов, таких как захват мусора сетью, который недавно был протестирован британскими инженерами с помощью экспериментального спутника, существуют и бесконтактные методы. К примеру, несколькими исследовательскими группами была разработана концепция «ионно-лучевого пастуха» — аппарата, который может воздействовать на объект на орбите с помощью направленного потока ионов или плазмы. Технологическая сложность реализации такой концепции заключается в том, что создаваемый двигателем поток частиц будет не только оказывать воздействие на космический мусор, но и толкать спутник в обратном от него направлении, из-за чего эту силу необходимо компенсировать дополнительным двигателем.

Группа ученых под руководством Акиры Андо (Akira Ando) из Университета Тохоку показала, что для реализации этой концепции можно использовать один двигатель, который будет одновременно воздействовать на объект космического мусора и стабилизировать положение спутника. Они создали прототип двунаправленного плазменного двигателя, который имеет камеру с двумя открытыми выходами. Внутри камеры расположено две трубки для подачи аргона и две антенны для его ионизации, а снаружи — два соленоида. Управлять тягой в обоих направлениях можно с помощью изменения конфигурации магнитного поля или уровня подачи газа в каждой из трубок.

Для проверки концепции исследователи собрали установку, расположенную в вакуумной камере, в которой двигатель и имитируемый космический мусор подвешены и расположены возле приборов для измерения отклонения. Эксперименты показали, что управление параметрами работы двигателя позволяет воздействовать с его помощью на внешний объект, сохраняя результирующую силу, воздействующую на двигатель, равной нулю.

Благодаря возможности менять соотношение между потоками плазмы, выходящими с разных сторон двигателя, его можно использовать в трех режимах: ускорение и торможение спутника, а также свод космического мусора с орбиты.

В середине сентября разработчики спутника RemoveDebris провели первый этап его испытаний и смогли поймать в выпущенную им сеть имитатор космического мусора. На следующих этапах специалисты будут проверять другие системы спутника, в том числе гарпун, который так же предназначен для поимки космического мусора.

Григорий Копиев