г. Альметьевск, Республика Татарстан, научная работа,

III место в номинации «Освоение космоса, технические устройства»,

III место в общем зачете научных и научно-исследовательских работ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время анализ космической обстановки указывает на необходимость обеспечения безопасности космических полетов. И если на ранних этапах освоения космоса безопасность связывали практически только с надежностью ракетно-космической техники, то теперь особую тревогу вызывает продолжающееся увеличение уровня загрязнения околоземного космического пространства (ОКП) космическим мусором (КМ). Наибольшую опасность представляют фрагменты размерами менее 10 сантиметров, которых десятки тысяч, и сотни миллионов более мелких кусочков мусора. На сегодняшний день на околоземной орбите находится более 60.0 тысяч тонн космического мусора, и его количество постоянно увеличивается. Через несколько лет полеты в космос будут невозможны.

На данный момент времени на околоземном пространстве нет аппаратов, осуществляющих уборку мусора, но работы в этом направлении ведутся. К примеру, предлагается построить многоразовый космический аппарат-буксир для уборки крупногабаритного космического мусора |1|. Аппарат осуществляет захват КМ посредством копья и изменяет траекторию движения КМ. Предлагается также разместить на орбите крупногабаритную тонкую пленку |2|. Соударяющиеся с пленкой объекты раздробляются на более мелкие части, достаточно быстро входящие в атмосферу Земли.  Другой способ предполагает создание на пути следования КМ препятствия, в виде пространственно распределенных частиц  |3|. Частицы оказывают ударно-кинетическое воздействие на объекты КМ. Существуют и другие проекты, защищенные патентами на изобретение |4|,|5|,|6|. Предложенные проекты имеют свои достоинства и недостатки. Общий недостаток, объединяющий известные проекты – это средство доставки аппарата на околоземную орбиту, которое в лучшем случае сгорает в слоях земной атмосферы, в худшем случае становится элементом КМ.

                                    ОСНОВНАЯ  ЧАСТЬ

Предлагаемая конструкция космического аппарата для уборки космического мусора (КАУМ) лишена  недостатков, свойственных аналогам. Космический аппарат для уборки космического мусора (КМ)  содержит экран, приборный отсек с системой управления, двигательные установки, солнечные батареи, систему ориентации. Экран выполнен в виде раскрытой пространственной конструкции, состоящей из шарнирно соединенных между собой элементов, каждый из которых выполнен в виде ¼ части цилиндрической поверхности развернутых относительно соседнего элемента на 180 градусов и направленных внутренней стороной навстречу движения КМ под углом 45 градусов. В качестве «строительного материала» аппарата используется корпус одноступенчатой космической ракеты на твердом топливе. При изготовлении корпуса ракеты на ней размечают продольные линии, делящие ракету на четыре равные поверхности. Вдоль этих линий размещают  кумулятивный шнуровой заряд, например, ВВ «Блэйд». С внешней стороны на корпусе ракеты устанавливают шарниры с пружинами, соединяющие соседние поверхности, а так же ракетные двигатели для обеспечения ориентации аппарата, солнечные батареи и систему управления. Космическая ракета на твердом топливе является одноступенчатой. Количество топлива должно быть достаточным для вывода ракеты на необходимую высоту. На определенных этапах полета ракеты происходит отделение головной части, сопла, верхнего и нижнего днища, остается только цилиндрическая часть корпуса ракеты. При достижении необходимой высоты (2000 км) происходит подрыв кумулятивных зарядов, которые разрезают корпус на четыре части. Под действием упругости пружин корпус ракеты разворачивается  в экран, площадь которого зависит от длины корпуса ракеты и его диаметра. Под действием двигателей и системы ориентации, экран разворачивается внутренней поверхностью  под углом 45 градусов к направлению потока КМ и обеспечивают скорость полета экрана меньше средней скорости объектов КМ. Очистка космоса от объектов КМ достигается торможением и (или) отклонением курса объектов КМ с целью их перевода на более низкую орбиту, постепенным торможением элементов КМ и с последующим сгоранием в атмосфере. Так как корпус ракеты изготавливается из композитного материала типа «карбон», то в дополнительном усилении рабочей поверхности экрана нет необходимости. После каждого витка вокруг земли экран снижается на высоту равную высоте охвата космического пространства. Элементы КМ под действием экрана снижаются на нижние орбиты, где опять могут быть подвержены воздействию экрана. Так, шаг за шагом, экран смещает элементы КМ до высоты, где они естественным образом затормаживаются и сгорают в атмосфере. Ракетные двигатели, размещенные на поверхности экрана, будут обеспечивать необходимые параметры полета, не смотря на то, что в процессе работы скорость и масса экрана будут увеличиваться. Постепенное снижение орбиты полета экрана приведет к его падению и сгоранию в атмосфере земли.   Действующие космические аппараты по команде с земли будут вынуждены совершать маневр для обхода экрана. Для повышения эффективности очистки космического пространства от мусора на орбите земли может быть создана группировка «уборщиков», размещенных последовательно друг за другом на разных высотах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Если с крупным космическим мусором (КМ) еще как-то удается бороться, путем слежения с земли и маневрированием космическим аппаратом, захватом спутниками-манипуляторами, то мелкий КМ пока неуловим и представляет наибольшую угрозу. Предлагаемое устройство позволит бороться с мелким КМ, включая космическую пыль. В результате эксплуатации предлагаемого устройства в околоземном космическом пространстве будет сформирован коридор-орбита свободный от КМ. Высота коридора -2000 км., ширина – десятки метров. Коридор-орбита, свободный от КМ, станет трассой для выведения космических аппаратов.                Для осуществления очистки околоземного пространства от мусора нет необходимости  в разработке специального «космического уборщика», для этих целей подходит корпус использованной ракеты т.е. «космический уборщик» сам себя доставляет в рабочую зону.

Библиографический список:

1. Многоразовый космический аппарат-буксир для уборки крупногабаритного космического мусора, пат. №2536297, РФ, заявка №2013138804/11 от 22.08.2013, опубл. 20.12.2014.
2. Способ очистки околоземного космического пространства от космических объектов и мелких частиц путем их разрушения и устройство для его осуществления, пат. №2092409, РФ, заявка №93052084/11 от 16.11.1993, опубл. 10.10.1997.
3. Способ очистки космоса от объектов космического мусора. Патент №2478062, РФ, заявка №2011113358/11 от 06.04.2011, опубл. 27.03.2013.
4. Способ для очистки от космического мусора. Патент №2524325, РФ, заявка №2012127365/11 от 03.12.2010, опубл. 27.07.2014.
5. Способ очистки околоземного космического пространства от космического мусора. Патент №2586434, РФ, заявка №2015100652/11 от 15.01.2015, опубл. 10.06.2016.
6. Космический аппарат для очистки околоземного пространства от мусора. Патент №2492125, РФ, заявка №2012107929/11 от 01.03.2012, опубл. 10.09.2013.