Daudzus gadus kosmoss ir aprakstīts kā plaša, gandrīz tukša vide.
Taču patiesībā Zemes orbīta stāsta pavisam citu stāstu.
>Tā kļūst arvien pārpildītāka,{0}}steidzīgāka un neparedzamāka.
Saskaņā ar NASA datiem, pašlaik ap Zemi riņķo vairāk nekā 500 000 kosmosa atlūzu gabalu. Tie ietver novecojušus satelītus, sadursmju fragmentus un atlikušās palaišanas sastāvdaļas.
Visi no tiem pārvietojas ar ātrumu līdz 28 000 km/h, kas ir pietiekami ātri, lai radītu nopietnus bojājumus strādājošiem kosmosa kuģiem.
Un bažas vairs nav teorētiskas.
Kāpēc kosmosa atkritumi ir kļuvuši par būtisku inženierijas izaicinājumu
Telpa vairs nav "tukša".
Satelītu operatoriem un kosmosa inženieriem tā ir kļuvusi par augsta{0}}riska darbības vidi.
Pat nelieli fragmenti var:
- sabojāt satelīta paneļus
- caurduršanas kosmosa kuģa ekranējums
- apdraud Starptautisko kosmosa staciju
- piespiest ārkārtas orbītas korekcijas
NASA ir uzsvērusi, ka vislielākās briesmas rada neizsekojami atkritumi, kurus nevar nepārtraukti uzraudzīt, taču tie joprojām nes destruktīvu enerģiju.
Citiem vārdiem sakot:
>Lielākais risks ir tas, ko mēs nevaram redzēt laikā.
Esošās pieejas: izsekošana un izvairīšanās
Pašlaik kosmosa aģentūras paļaujas uz divām galvenajām stratēģijām.
1. Orbitālās izsekošanas sistēmas
NASA un ASV Aizsardzības departaments uztur ļoti detalizētus zināmo orbitālo objektu katalogus.
Tas ļauj inženieriem paredzēt iespējamos sadursmes riskus.
2. Sadursmju novēršanas manevri
Satelīti un kosmosa kuģi ir aprīkoti ar iebūvētām{0}}sistēmām, kas var pielāgot orbītas ceļus, kad tiek atklāts sadursmes risks.
Tomēr abām pieejām ir viens ierobežojums:
>Tie izvairās no gružiem,{0}}bet tos neizņem.
Japānas novatoriskā pieeja: kosmosa "zvejas tīkla" koncepcija
Japānas kosmosa aģentūra JAXA ir pētījusi citu risinājumu.
Tā vietā, lai izsekotu tikai gružus, ir ideja tos aktīvi noņemt.
Lai izstrādātu šo koncepciju, JAXA sadarbojās ar negaidītu nozares ekspertu:
>Japānas zvejas tīklu ražotājs ar vairāk nekā 100 gadu pieredzi tīklu projektēšanā.
Sadarbība noveda pie elektrodinamiskās saites sistēmas izstrādes.
Interesanti, ka rūpniecisko materiālu piegādes ķēdē aiz šādiem augstas veiktspējas aviācijas un kosmosa komponentiem uzņēmumi, piemēram, Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd., atbalsta arī saistītās mašīnbūves nozares, piegādājot progresīvus sakausējumu materiālus, piemēram, Inconel, nerūsējošo tēraudu un augstas -stiprības niķeļa{4} sakausējumus, ko izmanto kosmosa un gaisa temperatūras apstākļos, un tie ir plaši pieprasīti. vides.
Elektrodinamiskā saišu sistēma
JAXA izstrādātā struktūra atgādina garu, plānu sietu, kas atrodas aiz kosmosa kuģa.
Lai gan tas nav tradicionāls tīkls, tam ir kopīga galvenā koncepcija:
>Elastīga,{0}}izturīga sieta struktūra, kas paredzēta mijiedarbībai ar ārējiem objektiem orbītā.
JAXA viena kabeļa vietā izvēlējās tīkla dizainu viena svarīga iemesla dēļ:
lielāka izturība pret lūzumiem
labāka izturība trieciena apstākļos
uzlabota uzticamība kosmosa vidē
Šeit kļuva vērtīga Nitto Seimo, zvejas tīklu ražotāja, pieredze.
Kā sistēma darbojas
Sistēma fiziski "neķer" gružus tradicionālajā izpratnē.
Tā vietā tā izmanto Zemes elektromagnētisko vidi.
1. darbība: izvietošana
Kosmosa kuģis aiz sevis izlaiž garu saiti, sākotnēji aptuveni 700 metru garumā.
2. darbība: elektronu emisija
Borta elektronu emitētājs izplata lādētas daļiņas kosmosā.
3. darbība: elektriskā mijiedarbība
Saite savāc šos elektronus un kļūst elektriski uzlādēta.
4. darbība: elektromagnētiskā vilkšana
Uzlādētā saite mijiedarbojas ar Zemes magnētisko lauku, radot bremzēšanas spēku.
5. solis: orbītas sabrukšana
Kosmosa atkritumi pakāpeniski palēninās un pārvietojas zemākā orbītā.
6. darbība. Atmosfēras{1}}ieeja
Galu galā atkritumi nonāk Zemes atmosfērā un droši sadeg.
Tehnoloģijas mērogošana
Pašreizējās eksperimentālās versijas joprojām tiek izstrādātas.
Pēc projektā iesaistīto inženieru domām:
strāvas saites garums: ~700 metri
nākotnes prasība: 5000 līdz 10 000 metri
Garākas saites ievērojami palielinātu bremzēšanas efektivitāti un netīrumu noņemšanas spēju.
JAXA jau ir veikusi vairākas pārbaudes misijas, tostarp:
2014. gada eksperimentālā izvietošana
2016. gada tests, kas integrēts ar ISS atjaunošanas misiju
Ilgtermiņa-mērķis ir pilnībā funkcionējoša gružu noņemšanas sistēma.
Inženierzinātņu perspektīva: kāpēc tas ir svarīgi
Kosmosa infrastruktūra kļūst arvien vairāk atkarīga no:
- sakaru satelīti
- navigācijas sistēmas
- Zemes novērošanas platformas
- kosmosa{0}}tīklos
Palielinoties orbītas sastrēgumam, palielinās ķēžu sadursmju risks.
Tas rada ilgtermiņa{0}}inženierijas izaicinājumu:
>Kā mēs aktīvi uzturam drošu orbītas vidi?
Ja tas izdosies, elektrodinamiskās saites sistēmas varētu kļūt par daļu no globālās orbitālās apkopes infrastruktūras.
Materiālu inženierija aiz kosmosa sistēmām
Lai gan orbitālās gružu noņemšanas sistēmas koncentrējas uz kosmosa inženieriju, to veiktspēja lielā mērā ir atkarīga arī no progresīviem materiāliem.
Augstas -stiprības sakausējumi, korozijizturīgs-tērauds un niķeļa{2}}materiāli tiek plaši izmantoti:
- kosmosa kuģa konstrukcijas sastāvdaļas
- satelītu atbalsta sistēmas
- augstas{0}}temperatūras kosmosa vidē
- ar piedziņu{0}}saistītos mezglus
Piemēram, uzņēmums Jiangsu Cunrui Metal Products Co., Ltd. nodrošina rūpnieciskas kvalitātes materiālus, piemēram, nerūsējošo tēraudu, duplekso nerūsējošo tēraudu, Inconel un citus sakausējumus, kuru pamatā ir niķelis, un kurus parasti izmanto sarežģītos inženiertehniskos lietojumos, kur izturība, stabilitāte un termiskā pretestība ir ļoti svarīgas.
Pēdējās domas
Japānas kosmosa tīkla koncepcija atspoguļo domāšanas maiņu.
No pasīvās izvairīšanās:
>"Kā mēs varam izvairīties no kosmosa atkritumiem?"
Lai veiktu aktīvu iejaukšanos:
>"Kā mēs tīrām Zemes orbītu?"
Lai gan sistēma joprojām ir eksperimentālā stadijā, tā parāda, kā starpdisciplināras inovācijas,-apvienojot kosmosa inženieriju, elektromagnētisko teoriju un pat tradicionālo zvejas tīklu ražošanu,{1}}var risināt vienu no kosmosa izpētes neatliekamākajām problēmām.
Tā kā orbitālā satiksme turpina pieaugt, šādi risinājumi var kļūt par būtisku infrastruktūru drošas kosmosa vides uzturēšanai turpmākajām misijām.
