УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВОДА С ОРБИТЫ ОТРАБОТАННЫХ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Техническое решение относится к области механики и, в частности, к устройствам увода космических объектов с орбиты.
Сегодня общая масса находящегося на орбитах космического мусора достигает 6700 тонн. Его плотность на высотах 800-1000 км достигла критического уровня, и столкновение с мусором за период 10-15 лет выше, чем потеря космического объекта из-за отказа бортовых систем. Вероятность столкновения двух крупных объектов оценивается как одно событие в 10-15 лет (четыре года назад это составляло 40-60 лет).
Большую часть обнаруженных на околоземных орбитах объектов составляют обломки спутников или ступени, образовавшиеся в результате аварий и орбитальных взрывов (около 30 тысяч образовались в результате разрушения корпусов ракет или разгонных блоков).
В окрестностях геостационарной орбиты (ГСО) находится около 500 объектов с размером >1 м. Из них 317 пассивных: - 69 либрационных, - 248 дрейфующих, и десятки тысяч размером менее 1 м. Через данную область периодически проходят объекты, имеющие высокоэллиптические орбиты (разгонные блоки, межорбитальные буксиры). В целом всего 3,5 млн. различного мусора вращается вокруг Земли.
По инициативе ООН разработан ряд предложений, согласованных с различными странами. Речь, в том числе, идет либо об уводе крупных фрагментов (отработавших ступеней ракеты или спутников) на низкую орбиту, либо их утопление в Океане.
Главный поставщик мусора - это взрывы на орбите. При этом чаще взрываются остатки компонентов топлива. Дело в том, что после вывода спутников на орбиту в ступени ракеты остаются компоненты топлива, в том числе самовоспламеняющиеся. Но стоит микрометеориту или мелкому мусору пробить стенку, происходит взрыв и ступень разлетается на тысячи мелких кусочков. При этом даже не разлетающиеся крупные фрагменты представляют серьезную опасность для функционирующих или запускаемых космических объектов, особенно пилотируемых.
В настоящее время рассматривается несколько вариантов уборки мусора с орбиты. Так, в японском проекте предполагается, что специальный спутник выведет на орбиту и развернет электродинамический трал - металлическую сетку длиной 300 м шириной 0,3 м с толщиной нити 1 мм. Трал будет двигаться по орбите, генерируя магнитное поле и захватывая часть мелкого мусора. Через несколько месяцев невод с "уловом" под действием магнитного поля Земли изменит орбиту и войдет в плотные слои атмосферы.
Предлагается также применить лазер, который "подтолкнет" фрагмент. Но возникает вопрос, куда полетит такой фрагмент, если неизвестны его форма, масса? Не станет ли он более опасным?
Предлагаемое техническое решение может частично снять проблему по уводу с орбиты отработавших ступеней ракет-носителей, разгонных блоков и космических объектов.
Предлагается на верхние ступени ракет-носителей (разгонных блоков) устанавливать один или несколько контейнеров с уложенной в них майларовой оболочкой с находящимся в ней остаточным газом. Оболочка остается в контейнере в распадающемся после выталкивания из контейнера стакане.
Цель предлагаемого технического решения состоит в том, что после завершения, например, выведения, космического объекта на орбиту, на блок команд устройства выброса оболочки подается команда, по которой открывается электромагнитный замок крышки контейнера с оболочкой, она открывается, выбрасывается распадающийся стакан с оболочкой, которая формируется затем за счет остаточного газа.
Формируемая одна или несколько оболочек увеличивают мидель объекта (SM), соответственно увеличивается сила сопротивления R
, где
объекта
S - величина площади объекта (с надувными оболочками);
m - масса объекта.
При этом , где
x
C - коэффициент сопротивления;
мид
S - площадь миделя системы "космический объект - с сформированной оболочкой";
V - скорость движения объекта;
ρ - плотность атмосферы на данной высоте.
После формирования вблизи объекта надувных оболочек объект начинает резко тормозиться, орбита понижается вплоть до входа в плотные слои атмосферы, где вся конструкция полностью или частично сгорает. При этом для придания оболочке большей живучести она выполняется двухслойной с разделением на герметические секции, также содержащие остаточный газ. Таким образом, пробой одной из секций мелкой частицей сохраняет в значительной мере развернутую оболочку.
Эффект надежности и эффект большого торможения космического объекта усиливается в случае применения нескольких устройств одновременно.
Устройство представляет собой пусковую трубу с одним или несколькими пусковыми контейнерами. В контейнере размещены оболочка, расположенная в раскрывающемся стакане, узел крепления оболочки к стакану и узел крепления стакана на объекте. Между задней стенкой контейнера и стаканом размещена пружина, прижимающая стакан к крышке контейнера. Крышка контейнера снабжена электромагнитным замком, подключенным к источнику тока, размещенному на объекте вместе с командным устройством, связанным с выключателем электромагнитного замка. При этом командное устройство может управляться программно-временным механизмом, представленным на объекте, либо по командам с Земли.
Устройство, представленное на фиг.1 и 2, содержит: пусковую трубу 1, корпус космического объекта 2, распадающийся стакан 3, оболочку 4, секции стакана 5, толкатель 6, крышку пусковой трубы 7, шарнир крышки 8, электромагнитный замок 9, источник тока 10, командное устройство 11, включатель-выключатель 12, узел крепления оболочки к распадающемуся стакану 13 и фал связи распадающегося стакана с космическим объектом 14, фал 15, узел крепления к космическому объекту 16.
Устройство работает следующим образом.
По команде с Земли или с программно-временного устройства космического объекта на командное устройство 11 отключается электрическая цепь источник тока 10 - электрический замок 9 путем отключения включателя-выключателя 12, под действием взведенной пружины 6 выталкивается распадающийся стакан 3 с оболочкой 4, крышка 7, не удерживаемая электромагнитным замком, открывается на шарнире 8 и оболочка 4 выходит в открытое пространство, удерживаемая вблизи космического объекта фалом 15, закрепленным к объекту и оболочке в узлах 14 и 16.
Задействование надувных оболочек увеличивает S миделя объекта, что приводит к резкому торможению объекта, входу его в атмосферу и ликвидации.
Список использованных источников
1. Безопасность России, часть II, высокотехнологический комплекс и безопасность России, раздел 22.2, М., ЗНАНИЕ, 2003.
2. Инженерный справочник по космической технике, М., 1969.
3. Советские спутники и космические корабли, С.Г. Александров, Р.Е. Федоров, М., 1961 (стр. 73-76).
4. Способ увода объектов с орбиты, патент №2462399, RU.
5. Способ увода объектов с орбиты, патент №2466856, RU.