Представьте себя астронавтом, выполняющим научные эксперименты и потрясающий высший пилотаж. Радиостанции управления полетом, что весь персонал космической станции должен эвакуироваться на спасательные машины, потому что часть смертоносного космического мусора направляется к вам.
Этот сценарий не является научной фантастикой. В июне 2011 года Космический Журнал сообщили, что «шести членам экипажа на борту Международной космической станции было приказано укрыться в ... двух российских космических кораблях" Союз "». По мере того, как все больше спутников будут работать до конца своей эксплуатации, будет больше аварийных ситуаций с космическим мусором в космосе и на земле, несомненно, с менее приятными результатами. Наше молодое общество космических исследований повезло: МКС удалось избежать космического мусора, и падающие неуправляемые спутники, к счастью, упали в океаны. Но однажды наша удача закончится.
Однако есть надежда. Новая статья под названием Удаление орбитального мусора с помощью лазеров опубликовано на arXiv предлагает использовать мощную импульсную лазерную систему с Земли для создания плазменных струй на кусочках космического мусора, слегка замедляя их, заставляя их возвращаться в атмосферу и сгорать в атмосфере или падать в океан.
Клод Фиппс и его команда из высокотехнологичной компании Photonic Associates рассказали о своем методе, называемом лазерное удаление орбитального мусора (LODR), в котором используется 15-летняя лазерная технология, которая сейчас доступна.
Команда признала, что «тридцать пять лет плохой уборки в космосе создали несколько сотен тысяч кусков космического мусора размером более одного см в полосе… низкой околоземной орбиты (LEO)». Они могут не показаться большими объектами, но с плотностью энергии динамита, даже большая краска может нанести серьезный ущерб.
Удаление мусора является неотложной задачей, потому что количество мусора, находящегося в настоящее время в космосе, представляет собой «убегающий столкновительный каскад», когда объекты сталкиваются друг с другом, создавая еще больше осколков.
Есть и другие решения, помимо создания плазменной струи, но они, как правило, менее эффективны и более дороги. Лазер можно использовать для измельчения объекта в пыль, но это создаст неконтролируемый расплавленный аэрозоль, что усугубит проблему.
Захват объекта или установка деорбитального набора могут быть эффективными. К сожалению, им требуется много топлива из-за необходимости ускорения, чтобы поймать объект, что приводит к более дорогостоящему решению - около 27 миллионов долларов за объект. Наконец, существует ядерный вариант выпуска газа, тумана или аэрогеля для замедления объектов, но это затронет как работающий, так и неработающий космический корабль.
В своей статье Фиппс и его команда утверждают, что удаление космического мусора путем создания струи плазмы длиной в несколько секунд с помощью лазера является лучшим решением, которое стоит всего 1 миллион долларов за один удаленный большой объект и несколько тысяч за небольшие объекты. Кроме того, меньшие объекты могут быть выведены из орбиты только на одной орбите, и созвездие «167 различных объектов может быть обращено (поражено лазером) за один день, что дает 4,9 года для повторного входа» в атмосферу.
Все 167 объектов должны тщательно отслеживаться, чтобы не изменить свой путь гибели к худшему; Тем не менее, можно использовать систему для регулировки орбит космического мусора. Тем не менее, существующие уровни отслеживания космического мусора недостаточны для реализации LODR, но есть двойное преимущество: более простое удаление и лучшее предотвращение благодаря улучшенному отслеживанию мусора. Лучшее отслеживание позволит лучше контролировать точку входа и модификацию орбиты с помощью LODR, если это необходимо.
Как легкий толчок от лазера может изменить орбиту? Хотя лазер не взрывает осколки из воздуха, он все же эффективен из-за природы орбитальной механики.
Представьте себе кубат, который необходимо утилизировать на совершенно круговой орбите на небольшой высоте. Отвод мощного лазера и генерируемая плазменная струя вытолкнут кубат дальше от Земли (выше по высоте) на более эллиптическую орбиту.
Это может показаться ужасной идеей в то время, как кубат проводит на большей высоте, но, поскольку он проходит полукруг, он обрезает атмосферу на более низкой высоте, поскольку эллипс искажается из-за настроек лазера. Поскольку малая высота соответствует большему сопротивлению, кубат замедляется и фиксируется на более низкой орбите. Вот почему высокоэллиптические орбиты называются орбитами переноса, так как они меняют полосы движения на космическом шоссе. Теперь, когда орбита переноса завершена, кубат замедляется настолько, что кубат больше не может достичь его орбиты. Затем кубат падает с неба.
Основная часть исследований для LODR имеет дело с атмосферой, поскольку лазер может стать не сфокусированным, если атмосферная турбулентность не решена. LODR сложен, потому что турбулентность в атмосфере вызывает искажения, подобные тем, которые вы видите над дорогой в жаркий летний день, или тем, которые вы видите, глядя в стеклянную бутылку. Это осложнение в дополнение к стремлению вперед, необходимому для поражения цели, так же, как стремление вперед, необходимое для поражения бегущего игрока в доджболе.
Есть два способа отменить турбулентность. Во-первых, можно запустить лазер в известном месте в атмосфере, возбуждая атомы натрия в этом месте. Зная высоту этой точки на небе, система может затем согнуть отражающее зеркало, чтобы моментально фокусировать точку. Затем он может стрелять свободно.
Второй способ заключается в использовании зеркала Phase Conjugate (PC), также известного как ретрофлектор, который может автоматически устранять турбулентность, посылая свет, изменение фазы которого было обращено вспять. То есть он отправит обратно «противоположно искаженный» лазерный луч, искажение которого не выполняется атмосферой, создавая острый лазерный луч.
ЛОДР это не серебряная пуля. Проводная сообщает, что «основная критика такого проекта будет исходить от международного сообщества, которое может опасаться, что достаточно мощный лазер может быть использован для военных целей, таких как поражение вражеских спутников». Проводная затем провел интервью с Кесслером; Бывший старший научный сотрудник НАСА по исследованию орбитального мусора, который сказал, что из-за проводимой политики «любое лазерное предложение мертво по прибытии». Тем не менее, Фиппс утверждает Проводнаячто «Если мы получим правильное международное сотрудничество, никто не поверит, что лазер - это оружие в овечьей шкуре».
Как указывает Кесслер, до сих пор остаются нерешенные проблемы, попадание в неправильную часть космического объекта может иметь катастрофические последствия. «Вы можете попасть не в ту часть спутника или испариться достаточно, чтобы он взорвался». Несмотря на это, тщательное изучение объекта может избежать любой опасности.
