Старые спутники и космический мусор представляют опасность для космических путешествий. Международная исследовательская группа, в которой участвует Вюрцбургский университет, работает над созданием спутника, который будет очищать космос — вдохновлённая природой.
История вопроса
В 1957 году бывший Советский Союз отправил в космос первый спутник. С тех пор за «Спутником-1» последовали около 20 000 других космических аппаратов. Хотя пионер сгорел, повторно войдя в атмосферу Земли, многие его последователи остались на орбите в качестве космического мусора после окончания срока службы.
Осознанность проблемы возникла лишь в середине 1990-х годов, а первые испытания по очистке от мусора последовали в 2000-х. Однако они ещё не привели к практическим успехам на орбите.
Проект gEICko
Международный исследовательский консорциум, в который входят Мохамед Халил Бен-Ларби, профессор космической информатики и спутниковых систем в Юлиус-Максимилиан-Университете Вюрцбурга (JMU), и его команда, хотят продвинуть очистку космоса с помощью инновационных технологий.
Проект «gEICko: инновационный комплект захвата на основе геккона для неуправляемых и неподготовленных орбитальных объектов» является частью EIC Pathfinder. В проекте участвуют Технический университет Берлина, Университет Падуи (Италия), Технический университет в Лиссабоне (Португалия), Институт высоких скоростей Фраунгофера (EMI) и испанская солнечная компания DHV Technology.
Проблема космического мусора
В настоящее время в космосе насчитывается более 50 000 объектов размером не менее 10 сантиметров. Это в основном неиспользованные спутники и ракетные ступени, а также фрагменты от взрывов и столкновений. Помимо целых спутников, эти объекты также представляют опасность для космических проектов. Международной космической станции (МКС) пришлось выполнить несколько манёвров уклонения, чтобы избежать столкновений.
«Коммерциализация космических путешествий означает, что на орбиту выходит всё больше и больше спутников. Взрывы и столкновения также будут генерировать всё больше мусора, даже если мы завтра полностью прекратим космические путешествия», — говорит Халил Бен-Ларби.
Однако очистка космического мусора — это очень сложная и дорогостоящая задача. До сих пор не удавалось выполнить так называемую стыковку с неуправляемым объектом, таким как вышедший из употребления и более не контролируемый спутник, на орбите. Однако начальные тесты показывают, что технология уже доступна.
Решение: материалы «геккон»
Команда хочет разработать систему стыковки, которую позже можно будет использовать в спутнике, и оснастить его специальной контактной поверхностью. Контактная поверхность покрыта синтетическими материалами «геккон». Это силиконы со специально структурированными поверхностями. Если они столкнутся с гладкой поверхностью, такой как солнечные панели вышедшего из употребления спутника, на правильной скорости и под правильным углом, они прилипают. Это основано на так называемых силах Ван-дер-Ваальса. Гекконы также используют эти молекулярные силы притяжения, чтобы прилипать к стенам или потолкам.
Спутник-преследователь, то есть спутник для очистки, стыкуется с целевым объектом через эту контактную поверхность, а затем изменяет свою орбиту так, что со временем либо повторно входит в атмосферу Земли и сгорает, либо оказывается на орбите кладбища, где больше не представляет угрозы.
Исследователи из Вюрцбурга будут работать с материалами «геккон» и адаптировать их к особым требованиям космоса. Они будут тестировать свойства поверхности и различные расположения и формы микроструктур в материалах, чтобы достичь стабильного баланса между силой сцепления и механической прочностью — даже на пыльных или старых целевых поверхностях.
Кроме того, команда Бен-Ларби работает над системой управления спутником — его «мозгом», если можно так выразиться.
«Сначала мы должны определить целевой объект, затем приблизиться к нему и, наконец, состыковаться с ним. Финальный подход особенно сложен. Угол и скорость должны быть точно согласованы для запланированного и контролируемого „столкновения“; в конце концов, мы не хотим создавать ещё больше мусора», — говорит Бен-Ларби.
Если прямая стыковка окажется невозможной, у спутника есть ещё один козырь в рукаве: материалы «геккон» также должны быть прикреплены к тросу. Подобно языку хамелеона, его можно будет бросить на целевой проект для установления соединения.
Преимущества спутников «геккон»
Основным преимуществом спутников «геккон» является их сравнительно низкая стоимость. Технология может быть использована на небольших спутниках, что экономит деньги как на этапе разработки, так и на этапе запуска ракеты.
«Ключ к низкой стоимости заключается в простом дизайне и низкой сложности. Это означает, что требуется меньше компонентов. Это не только снижает затраты на разработку, но и общую массу системы», — объясняет Бен-Ларби.
Пройдёт несколько лет, прежде чем «гекконы» очистят космос. В конце трёхлетнего периода финансирования должен быть готов функциональный прототип стыковочного механизма. Дальнейшее финансирование может последовать. «Я оптимистичен, что спутники «геккон» с этим механизмом будут готовы к использованию примерно через 10 лет», — говорит Бен-Ларби.