Нова мережа-мембрана для очищення космосу від сміття

У світі космічних досліджень з'являється безліч ідей для безпечного захоплення та деорбіталізації космічного сміття. Від електричних тросів до лазерів — інженери та вчені намагаються знайти ефективні рішення для зростаючої проблеми орбітального сміття. Проте один простий дизайн постійно повертається в обговорення — це мережа. Нещодавно опублікована стаття дослідників з Китайської академії наук та Університету електронних наук і технологій Китаю описує один з найсучасніших концептів мережі, але залишається питання, чи зможемо ми насправді реалізувати цю ідею.

{{img:123}}

Мережі мають очевидні переваги. Альтернативні рішення, такі як роботизовані руки, потребують "кооперативного" супутника, з яким можна легко взаємодіяти. Інші варіанти, наприклад, гаку, не мають таких вимог, але можуть призвести до ще більшого сміття, розбиваючи супутники на місці. Лазери, з іншого боку, потребують значних обсягів енергії та складного розуміння динаміки цілей для ефективного використання.

Проте, мережі є значно простішими у використанні. Однак вони також мають недоліки. Після розгортання мережа стає практично неконтрольованою. Можливо, найважливіше, що їх важко повторно використовувати. Тож, якщо мережа буде використана для деорбіталізації сміття, нам доведеться запускати спеціальні місії для кожного окремого елемента — що може виявитися надто витратним.

У статті, опублікованій в журналі Space: Science & Technology, представлено нову мережу, яка насправді може бути розглянута як гібридна система "мережа-мембрана". Вона включає багатошарову гнучку мембрану з електронікою, батарейними шарами та сплавами з пам'яттю форми (SMA), які стають все більш поширеними на деяких типах космічних апаратів.

Розгортання мережі є досить простим. Супутник "переслідувач" наближається до цільового шматка сміття та запускає чотири кулі, кожна з яких прикріплена до кута мережі під кутом 30 градусів (оптимальний кут відповідно до статті). Тяга від куль розгортає мембрану, яка обвиває сміття, ефективно захоплюючи його. Завдяки SMA, вбудованим у мембрану, вона може зберігати свою форму та міцно утримувати сміття, поки воно деорбіталізується до точки, де безпечно впаде в атмосферу. І, що важливо, мембрана потім складається назад та знову втягнеться в супутник-переслідувач, готовий до наступної місії.

У статті описано безліч "перших" у реалізації цієї технології. Проте, за словами авторів, це працює теоретично. Дослідники вирішили змоделювати цей процес, використовуючи метод множинних частинок (MPM), а не традиційні методи кінцевих елементів (FEA), через складність обчислень останніх. MPM дозволив їм розбити саму мембрану на сітку мас, які з'єднані за допомогою пружинних демпферів для моделювання вигинання, розтягування та зсуву.

Дослідження виявило кілька ключових характеристик. По-перше, був визначений кут розгортання, а по-друге, відстань до цілі суттєво впливає на сили, яким підлягає мембрана. На відстані 2 метри вона піддається величезній силі 3,374 Н, але якщо відстань збільшити до 3 метрів, це число зменшується вдвічі.

Хоча моделювання є корисним, витримати таку силу — це велике завдання для матеріалу товщиною 10 мікрон. Особливо, коли він має багато переплетених шарів, які не були розроблені з урахуванням механічних властивостей. Моделювання також представляло спрощені версії операційного середовища, в якому мембрана буде працювати — вони ігнорували тиск сонячної радіації та атмосферний опір, обидва з яких відіграють величезну роль у захопленні орбітального сміття.

Але, зважаючи на проблему космічного сміття, нам потрібна будь-яка допомога, яку ми можемо отримати. Доказ теоретичної можливості ідеї — це перший крок до її реалізації, хоча, ймовірно, пройде не менше кількох років, перш ніж ми побачимо таку гібридну мембрану на місії з видалення сміття. Тим часом інші технології, такі як роботизовані руки та магнітні пластини, продовжують вдосконалюватися під час тестування. На думку автора, чим більше варіантів ми маємо для вирішення цієї потенційно руйнівної проблеми, тим краще.