211service.com
Silnik rakietowy zjadający śmieci może usunąć kosmiczne śmieci
O 16:56 UTC 29 sierpnia 2009 roku satelita komunikacyjny Iridium nagle zamilkł. W następnych godzinach amerykańska sieć nadzoru kosmicznego poinformowała, że śledziła dwie duże chmury szczątków – jedną z Iridium, a drugą z nieczynnego rosyjskiego satelity wojskowego o nazwie Cosmos 2251.
Szczątki były wynikiem zderzenia z dużą prędkością, po raz pierwszy znanego, że miało to miejsce między orbitującymi satelitami. Uderzenie stworzyło ponad 1000 fragmentów większych niż 10 centymetrów i znacznie większą liczbę mniejszych kawałków. Te szczątki rozprzestrzeniły się po całej planecie w śmiertelnej chmurze.
Kosmiczne śmieci są palącym problemem dla statków kosmicznych krążących wokół Ziemi i mogą się one znacznie pogorszyć. Gdy gęstość kosmicznych śmieci osiągnie pewien próg, analitycy przewidują, że fragmentacja spowodowana zderzeniami wywoła niekontrolowaną reakcję łańcuchową, która wypełni niebo coraz większą liczbą fragmentów. Według niektórych szacunków proces ten może już trwać.
Oczywistym rozwiązaniem jest znalezienie sposobu na usunięcie tych szczątków. Jedną z opcji jest uderzenie laserem większych kawałków, odparowanie ich na części i spowodowanie deorbitacji resztek. Jednak z mniejszymi kawałkami gruzu nie można sobie poradzić w ten sposób, ponieważ są one trudne do zlokalizowania i śledzenia.
Inną opcją jest wysłanie statku kosmicznego zdolnego do usuwania gruzu za pomocą sieci lub innego procesu przechwytywania. Ale te misje są poważnie ograniczone ilością paliwa, jaką mogą przewieźć.
Dziś Lei Lan i koledzy z Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie proponują inne rozwiązanie. Ich pomysł polega na zbudowaniu silnika, który zamienia śmieci kosmiczne w paliwo, dzięki czemu będzie mógł manewrować niemal w nieskończoność, usuwając śmieci.
Ich pomysł jest w zasadzie prosty. W wystarczająco wysokiej temperaturze każdy pierwiastek może zostać zamieniony w plazmę jonów dodatnich i elektronów. Może być używany jako propelent, przyspieszając go za pomocą pola elektrycznego.
Szczegóły są jednak złożone. W szczególności zadanie przekształcenia szczątków w użyteczną plazmę nie jest całkiem proste.
Lei i spółka skupiają swoje wysiłki na szczątkach mniejszych niż 10 centymetrów, czyli na tym, z czym ablacja laserowa nie może sobie poradzić. Ich pomysł polega na uchwyceniu szczątków za pomocą siatki, a następnie przeniesieniu ich do młyna kulowego. Jest to obracający się cylinder, częściowo wypełniony kulkami odpornymi na ścieranie, które mielą gruz na proszek.
Ten proszek jest podgrzewany i podawany do systemu, który oddziela dodatnio naładowane jony od ujemnie naładowanych elektronów. Jony dodatnie przechodzą następnie w silne pole elektryczne, które przyspiesza je do wysokiej energii, generując ciąg, gdy są wyrzucane jako spaliny. Elektrony są również wyrzucane, aby statek kosmiczny był elektrycznie neutralny.
Oczywiście, rzeczywisty ciąg, jaki to wytwarza, zależy od gęstości szczątków, charakteru wytwarzanego proszku, od wielkości jonów dodatnich i tak dalej. To wszystko jest trudne do oszacowania.
I chociaż statek kosmiczny nie musi przewozić paliwa, będzie potrzebował źródła zasilania. Nie jest jasne, skąd to będzie pochodzić. Lei i wsp. twierdzą, że energia słoneczna i jądrowa wystarczy, ale nie rozwiązują poważnych obaw, jakie wygeneruje jakikolwiek statek kosmiczny napędzany energią jądrową na orbicie okołoziemskiej.
Niemniej jednak praca daje do myślenia. Śmieci kosmiczne to problem, który w najbliższej przyszłości prawdopodobnie znacznie się pogorszy. Jest to obszar, w którym desperacko potrzebne są nowe pomysły, zanim kolejna wielka kolizja zapełni orbity Ziemi jeszcze większą liczbą śmieci.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1511.07246 : Silnik Debris: Potencjalny napęd do usuwania zanieczyszczeń kosmicznych