Космический мусор — это серьёзная проблема. Рост числа запусков спутников в последние годы привёл к тому, что низкая околоземная орбита (НОО) оказалась засоренной мусором, таким как отработавшие ракетные ступени, обломки и неисправные спутники. Помимо риска столкновения мусора с рабочими спутниками, которые жизненно важны для навигации, связи и прогнозирования погоды, крупные фрагменты могут упасть обратно на Землю.
Космический мусор также может представлять угрозу для окружающей среды. Старые ракеты и спутники сгорают при возвращении в атмосферу, оставляя за собой шлейф химических веществ, которые могут повредить озоновый слой. Чем больше мы запускаем, тем больше беспорядка на НОО и тем серьёзнее становятся проблемы.
Космические агентства и частные компании ищут способы очистки от мусора, который мы оставляем после себя, но они также изучают, как создавать более устойчивые ракеты и спутники, используя органические полимеры вместо металлов.
В новом исследовании, опубликованном в Acta Astronautica, учёные обратились к оригами — древнему японскому искусству складывания бумаги, чтобы найти устойчивую альтернативу.
Максимилиен Берте и Кодзиро Судзуки из Токийского университета задались вопросом, что произойдёт, если запустить бумажный самолёт с Международной космической станции (МКС) на высоте 400 километров и со скоростью 7 800 метров в секунду, аналогичной скорости орбитальной станции. Они хотели узнать, сколько времени потребуется, чтобы самолёт упал обратно в атмосферу Земли, сколько нагрева он сможет выдержать и другие параметры.
Изначально самолёт оставался стабильным благодаря тому, как он был сложен, плавно скользя в условиях, похожих на вакуум в космосе, согласно программному моделированию. Но затем, через четыре дня, когда он достиг высоты около 120 километров над Землёй, всё изменилось. Самолёт начал кувыркаться и выходить из-под контроля.
«Чрезвычайно низкая инерция вращения и аэродинамический статический запас устойчивости бумажного космического самолёта позволяют ему пассивно поддерживать стабильную ориентацию с направлением потока большую часть времени при входе в атмосферу», — объяснили исследователи в своей статье.
«Ниже примерно 120 км ожидается кувыркание, сопровождаемое сильным аэродинамическим нагревом, что приводит к сгоранию в атмосфере на высоте около 90–110 км».
Берте и Судзуки также создали физическую модель своего самолёта из бумаги с алюминиевым хвостовым оперением. Они поместили его в гиперзвуковой и высокоэнтальпийный аэродинамический туннель Касива в Токийском университете, чтобы увидеть, как он выдержит условия, аналогичные условиям при возвращении в атмосферу. Они подвергли его воздействию скорости 7 Маха в течение семи секунд, во время которых нос согнулся, а на концах крыльев появились следы обугливания, но самолёт не распался. Однако он сгорел бы, если бы эксперимент продолжался дольше.
Это исследование показывает, как простая идея может вдохновить на более устойчивый подход к решению проблемы космического мусора. Авторы исследования также предполагают, что бумажные космические аппараты могут сыграть роль в будущих миссиях, например, в сборе данных о Земле, после чего они полностью сгорают, не оставляя после себя вредных материалов. Это небольшой шаг, но он может сделать наши полёты в космос более экологичными и безопасными для нас на Земле.
© 2025 Science X Network
More from Astronomy and Astrophysics