Космическое пространство страдает от проблемы мусора: неисправные спутники, ракеты и мелкие обломки летают вокруг Земли на высоких скоростях. По словам Кадзунори Такахаси, доцента Высшей инженерной школы Университета Тохоку в Японии, количество космического мусора только увеличивается, что повышает риск столкновения с активными спутниками и космическими кораблями.
У Такахаси может быть решение этой проблемы.
Из-за своего неконтролируемого движения и скорости, превышающей скорость пули, орбитальный космический мусор представляет серьёзную угрозу, значительно увеличивая потенциальный риск столкновений со спутниками, которые поддерживают устойчивую деятельность человека в космосе, — говорит Такахаси.
Большинство современных методов удаления космического мусора предполагают прямой контакт и сопряжены с риском запутывания в неконтролируемом движении обломков. Последние исследования сосредоточены на использовании плазменного двигателя для замедления мусора, выводя его с орбиты.
Подход Такахаси
Подход Такахаси, успешно продемонстрированный в лабораторных экспериментах и опубликованный 20 августа 2025 года в Scientific Reports, основан на идее замедления космического мусора до тех пор, пока он не выйдет из орбиты и не сгорит при входе в атмосферу Земли.
Идея заключается в том, что спутник-уборщик, развёрнутый специально для удаления космического мусора, может использовать двигатель для выброса плазмы в сторону космического мусора. Сила плазмы замедлит мусор, снизив его скорость до такой степени, что он выйдет из орбиты — процесс, который занимает около 100 дней.
Проблема заключается в том, что сила плазмы, излучаемая спутником-уборщиком, имеет сильную отдачу, удаляя спутник от цели и уменьшая эффект торможения.
Чтобы исправить это, Такахаси разработал то, что он назвал «электроплазменным двигателем с двунаправленным выбросом плазмы». Это двигатель, который выбрасывает два потока плазмы в двух направлениях: один — в сторону космического мусора, а другой — в противоположном направлении.
«Этот двигатель применяет силу торможения к объекту-цели, выбрасывая плазму, избегая при этом чрезмерной тяги за счёт выброса другого плазменного шлейфа в противоположном направлении», — объясняет Такахаси.
Он также ввёл специальное магнитное поле, известное как «куспид», для усиления силы торможения. По сути, куспид удерживает плазму с помощью магнитного поля, так что она остаётся относительно направленной в сторону тяги, а не рассеивается.
Чтобы проверить, сможет ли двунаправленный выброс плазмы работать, как ожидалось, Такахаси испытал его в вакуумных трубках, имитирующих условия космоса. Он обнаружил, что двунаправленный выброс плазмы не только сбалансировал двигатель, как и ожидалось, но и что конфигурация с куспидом увеличила силу торможения — это означает, что целевой космический мусор потенциально может достичь скорости торможения, необходимой для схода с орбиты гораздо быстрее.
Более того, работа двигателя на высокой мощности в конфигурации с куспидом утроила ранее зарегистрированную силу торможения. Важно отметить, что для работы системы двигателя можно использовать аргон, который дешевле и более доступен, чем обычные пропелленты.
«Это достижение представляет собой значительный технологический прорыв на пути к разработке системы привода, способной эффективно и безопасно удалять космический мусор», — объясняет Такахаси.
Предоставлено Университетом Тохоку.