Анализ концепций очистки околоземного космического пространства Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

<Тешетневс^ие чтения. 2016

УДК 629.78

АНАЛИЗ КОНЦЕПЦИЙ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

И. Р. Багатеев, И. С. Тарлецкий, Т. Н. Баландина*, Е. А. Баландин

АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 Е-mail: [email protected]

Космический мусор является одной из существенных космических угроз. Он может привести к прекращению всякой деятельности в космосе, поскольку скорость движения объектов космического мусора на разных орбитах может достигать сверхзвуковой. Таким образом, на низких орбитах даже фрагмент размером в один сантиметр может привести к катастрофе.

Ключевые слова: космический мусор, космический объект, околоземное космическое пространство, космический аппарат, сервисный космический аппарат.

ANALYSIS OF CLEANING CONCEPTS OF NEAR-EARTH SPACE

I. R. Bagateev, I. S. Tarleckiy, T. N. Balandina*, E. A. Balandin

JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: [email protected]

Space debris is one of the essential cosmic threats; it can lead to the termination of any activities in outer space, because the speed of movement of debris objects on different orbits can reach supersonic one. Therefore at low orbits even one centimeter-sized fragment may result in disaster.

Keywords: space debris, the space object, near Earth space, spacecraft, service spacecraft.

С начала космической эры всеми космическими державами было осуществлено около 5 000 запусков, в результате чего в околоземное космическое пространство (ОКП) было выведено порядка 30 000 крупных (более 10 см) космических объектов (КО). По состоянию на 31 августа 2015 г. общее количество находящихся в космическом пространстве и каталогизированных в базах данных Автоматизированной системы предупреждения об опасных ситуациях в ОКП космических объектов техногенного происхождения составило 17 250 КО. Из них 1 362 КО -это действующие космические аппараты, а остальные 15 888 КО - космический мусор (КМ) [1].

Из действующих космических аппаратов (КА) (активных, находящихся в резерве, проходящих летные испытания и частично действующих) наибольшие группировки имеют США (446 КА), Россия (135 КА) и Китай (132 КА).

В последние годы операторы все чаще и чаще получают сообщения об угрозе столкновения функционирующих КА с каталогизированными объектами КМ (размером, как правило, более 10 см). Столкновение КА с таким объектом в лучшем случае повлечет за собой полную или частичную потерю функциональности, а в худшем - сильный взрыв с образованием большого количества новых фрагментов КМ [2].

В настоящее время рассмотрение возможности очистки околоземного космического пространства от отработавших КА и фрагментов разрушившихся КА становится весьма актуальным. По данной теме пред-

лагается широкий спектр различных технических устройств, которые могут обеспечить увод элементов КМ на безопасные орбиты или их спуск в атмосферу Земли. В качестве альтернативных методов очистки геостационарной орбиты (ГСО) от отработавших КА могут рассматриваться концепции использования космических буксиров, захвата КА с помощью сети, развертывания солнечного паруса в конце срока активного существования (САС), ионного пучка и другие.

Ниже представлен анализ недостатков предложенных различными мировыми организациями сценариев увода КМ из ОКП [3-5] (см. таблицу).

В результате проведенного исследования были проанализированы существующие мировые концепции по уводу КМ. В настоящее время с учетом специфической целевой функции СКА и недостатков рассмотренных выше концепций инженерами АО «ИСС» ведутся активные работы по исследованию проектного облика СКА для увода КМ из области ГСО. С учетом возможных к реализации сценариев увода ОКМ из защищаемой области ГСО был сделан вывод о применимости для СКА технического задела, полученного при создании КА связи и ретрансляции на ГСО, имеющих модульный принцип построения.

Данный принцип построения КА используется в течение многих лет в АО «ИСС». Разработано и реализовано несколько поколений платформ и космических аппаратов различного назначения, созданных на их основе.

проектирование и производство летательных, аппаратов, космические исследования и проекты

Недостатки рассмотренных сценариев увода КМ из ОКП

Сценарий увода КМ Недостатки

Использование космического буксира Проект CleanSpace (Swiss Space Center), Harpoon (Astrium UK), проект ConeXpress (European Space Agency), Robotic arm (Deutsche Orbital Servicing Mission) Данный сценарий подразумевает использование жесткого сцепления сервисного космического аппарата (СКА) с объектом КМ. При таком виде сцепления, с учетом минимальности расстояний, возможно столкновение двух объектов, что приведет к увеличению засоренности ОКП. Так как КМ может иметь неконтролируемое вращение, это существенно осложняет необходимую конструкцию манипулятора и саму возможность применения метода буксировки

Захват КА с помощью сети Захват КА сетью (Robotic Geostationary Orbit Restorer). Стальная сеть для сборки космического мусора (Japan Aerospace Exploration Agency) Сеть также создает жесткое сцепление. А использование сетки с магнитным полем подразумевает увод намагничиваемых металлических объектов с ОКП, но современные КА выполнены из сплавов алюминия и композитов. Неконтролируемое вращение объекта КМ делает невозможным применение сети

Солнечный парус Солнечный парус (National Aeronautics and Space Administration) Большие временные затраты на перевод КА с ГСО на новую орбиту в конце САС. Солнечный парус является дополнительной конструкцией в составе КА, а следовательно, это уменьшение массы полезной нагрузки. Применение солнечного паруса требует функциональной исправности системы управления спутника

Использование ионного пучка Проект CleanSpaceOne от Федеральной политехнической школы Лозанны, США (EPFL), Ion Beam Shepherd for Contactless Space Debris Removal от Мадридского политехнического университета Транспортировка в ионном пучке позволяет уводить крупные элементы КМ, в том числе вращающиеся, без необходимости стыковки с ними, однако при этом увеличиваются требуемые затраты рабочего тела для маневров. Также есть определенная проблема в удержании удаляемого объекта в струе ионной пушки

На рубеже 2000-х годов наиболее востребованной для применения в составе спутников, эксплуатируемых на ГСО, оказалась платформа среднего класса «Экспресс-1000Н», о чем свидетельствует разработка ряда её модификаций: «Экспресс- 1000НТ», «Экс-пресс-1000НТ А» и «Экспресс- 1000НТВ». В последней модификации учтен опыт, полученный в результате наземной отработки и летных испытаний целого ряда спутников связи, что позволяет позиционировать ее как наиболее эффективную по критерию массового совершенства. Достигнутые результаты могут быть использованы в разработке концепции СКА для очистки ГСО.

Библиографические ссылки

1. Космический мусор - информационный армрестлинг [Электронный ресурс]. URL: http://novosti-kosmonavtiki.ru/mag/2015/2489/29679/ (дата обращения: 05.09.2016).

2. Как очистить орбиту от космического мусора? [Электронный ресурс]. URL: http://nlo-mir.ru/ kosmoss/33708-kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora.html (дата обращения: 05.09.2016).

3. Космический мусор - проблема, которую нужно решать [Электронный ресурс]. URL: http://novosti-kosmonavtiki.ru (дата обращения: 20.04.2016).

4. Space Track public satellite catalog maintained by the U.S. military [Электронный ресурс]. URL: http://space-track.org (дата обращения: 20.05.2016).

5. CleanSpace One - спутник очистки космического мусора [Электронный ресурс]. URL: http://mapgroup.com.ua/kosmicheskie-apparaty/47-shvejtsariya/ 444-cleanspace-one (дата обращения: 08.09.2016).

References

1. Kosmicheskiy musor - informatsionnyy armrestling [Space debris - information arm wrestling]. Available at: http://novosti-kosmonavtiki.ru/mag/ 2015/2489/29679/ (accessed: 05.09.2016).

2. Kak ochistit' orbitu ot kosmicheskogo musora? [How to clean orbit from space debris]. Available at: http://nlo-mir.ru/kosmoss/33708-kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora.html (accessed: 05.09.2016).

3. Kosmicheskij musor - problema kotoruju nuzhno reshat' [Space debris - a problem which must be solved]. Available at: http://novosti-kosmonavtiki.ru (accessed: 20.04.2016).

4. Space Track public satellite catalog maintained by the U.S. military. Available at: http://space-track.org (accessed: 20.05.2016).

5. CleanSpace One - sputnik ochistki kosmicheskogo musora [CleanSpace One - space debris cleaning satellite]. Available at: http://mapgroup.com.ua/ kosmicheskie-apparaty/47-shvejtsariya/444-cleanspace-one (accessed: 08.09.2016).

© Багатеев И. P., Тарлецкий И. C., Баландина Т. H., Баландин Е. А., 2016