Космический мусор, практические решения

D.R.> В рамках учебного симуляционного проекта мы с коллегами моделируем пилотируемую миссию по удалению одного из самых крупных объектов космического мусора на орбите — европейского спутника Envisat. Его масса ~8 тонн, высота орбиты ~780 км.

Первый естественный вопрос: а кому и чем он мешает конкретно на этой орбите?

Fakir> Первый естественный вопрос: а кому и чем он мешает конкретно на этой орбите?

Странный вопрос с профессиональной точки зрения.
1) Envisat опасен т.к., его повреждение и разрушение может породить синдром Кесслера.
2) Это учебная миссия, поэтому мы могли сказать не "Envisat", а "тяжёлый крупногабаритный спутник на высокой солнечно-синхронной орбите". Смысла бы это не изменило. "Envisat" просто наиболее конкретный и яркий пример такой ситуации.

D.R.> Странный вопрос с профессиональной точки зрения.

Предельно естественный, к-й ОБЯЗАН возникнуть.
При решении любой проблемы надо сперва удостовериться, а существует ли сама проблема.

Всё орбиты отличаются по "заселённости" (причём как самой орбиты, так и "соседних"), по характеру "естественной эволюции", как следствие - по рискам столкновения.

В зависимости от этого должны решаться и вопросы утилизации мусора. В каком-то случае проблемы просто нет как таковой, и решать нечего, в каком-то - она решается иначе (скажем, не "сводом с орбиты" в полном смысле слова, а с изменением до полностью безопасной "для судоходства" - наглядным примером являются ГСО-спутники).

D.R.> 2) Это учебная миссия, поэтому мы могли сказать не "Envisat", а "тяжёлый крупногабаритный спутник на высокой солнечно-синхронной орбите". Смысла бы это не изменило.

Тот же самый вопрос. Кому, чем и как мешает любой мёртвый спутник на солнечно-синхронной орбите.

Fakir> Предельно естественный, к-й ОБЯЗАН возникнуть.
Fakir> При решении любой проблемы надо сперва удостовериться, а существует ли сама проблема.
Fakir> Всё орбиты отличаются по "заселённости" (причём как самой орбиты, так и "соседних"), по характеру "естественной эволюции", как следствие - по рискам столкновения.

(Не)дорогой коллега, кого вы лечите, машу вать! Упырьте ваш мел, засуньте свою професси-анальную гордость себе в карман пиджака и поинтересуйтесь чем-то за пределами РосКокосмоса!

Envisat в западной коммерческой космонавтике считается первым кандидатом в причины синдрома Кесслера после испытаний противоспутникового оружия. У него на пересекающейся орбите два больших обломка, сближение с которыми происходит каждый год. И расхождение там всего 200 метров.

Вот вам статья с интервью Дона Кесслера лично по поводу Envisat-а:
https://www.spacesafetymagazine.com/space-debris/kessler-syndrome/don-kessler-envisat-kessler-syndrome/

На текущий год ESA готовит миссию по сведению "Envisat":
https://www.space.com/43157-e-deorbit-new-refuel-repair-mission.html

Есть чего сказать по делу - говорите. Нечего - так помолчите. Знаток.

D.R.> Упырьте ваш мел, засуньте свою професси-анальную гордость себе в карман пиджака и поинтересуйтесь чем-то за пределами РосКокосмоса!

Уважаемый, вам в корректной форме задали осмысленный вопрос. Есть чем ответить - так ответьте. По существу. Не можете внятно ответить - именно что помолчите, чем брызгать слюной.

А манеру общения поменяйте - в следующий раз за подобное будет штраф.

D.R.> Envisat в западной коммерческой космонавтике считается первым кандидатом в причины синдрома Кесслера после испытаний противоспутникового оружия. У него на пересекающейся орбите два больших обломка, сближение с которыми происходит каждый год. И расхождение там всего 200 метров.

Вы не поняли вопроса? Даже если предположить крайнее развитие событий - кому конкретно и насколько будет плохо и больно в этом раскладе?

Собственно из данного краткого описания напрашивается вывод, что именно сведение с орбиты не является необходимым - достаточно относительно небольшого изменения. Т.е. совсем другие ХС.
Не говоря о том, что "сближение на 200 м" - это не то, что выглядит как серьёзная опасность.

Что там кто-то что-то готовит - не является аргументом. Да, интересно, но не более. НАСА и про астреоидную опасность десятилетиями в дуду дудит и конференции собирает и миссия порой проектирует - тоже предлагаете к астероидной опасности всерьёз относиться на одном этом основании?

D.R.> - Какие устройства для сведения Envisat-а вы бы предложили? Солнечный парус, надувной "парашют", что-то иное?

Парусом надо активно рулить, чтобы сила действовала именно на торможение.
Хотя на солнечносинхронной это проще.

А для парашюта там атмосферы слишком мало, на два порядка меньше, чем на высоте МКС.

D.R.> ... (учитывая то что он более хрупкий чем при старте и что там нет штатных узлов крепления)?

У него наверняка есть "ноги", которыми он опирался при запуске на РН. Рассчитанные на десятки тонн.
Сотни килограммов они наверняка выдержат.
Документация-то на него осталась, или уже просрали?!

Запустить FPV дрон, который схватит его за ноги.
Развернуть в нужную сторону и тормозить. Пока не упадёт.

Xan> Запустить FPV дрон, который схватит его за ноги.
Xan> Развернуть в нужную сторону и тормозить. Пока не упадёт.
насколько мал может быть спутник-тормоз?
И еще вопрос, если сводить вниз, не получится так, что в процессе его "торпедирует" спутник на низкой орбите с увеличением количества мусора, особенно, если будет развернут крупный парус.

Xan> У него наверняка есть "ноги", которыми он опирался при запуске на РН. Рассчитанные на десятки тонн.
Там конструкция такова, что "жопой" спутник ориентирован к Солнцу и с этой стороны развёрнута длинная солнечная батарея. Которая жопу как фиговый листок прикрывает.
У аппарата наверняка в сервисном модуле есть и двигательная установка для коррекции и сведения с орбиты. И там должны быть сопла реактивных двигателей, которые тоже должны были передавать большую нагрузу на спутник.
Но всё портит солнечная батарея

Стыковаться с противоположной стороны не получится - там оптические датчики и прочая хрупкая ПН.
А сбоку тоже плохо - неизвестно сколько топлива осталось, соответственно непонятно - где находится центр масс.

s.t.> насколько мал может быть спутник-тормоз?

Нужно дельтаV около 200 м/с.
(Я в арифметике не ошибся?)
Это минимально 600 кг вонючки.
Так что меньше тонны тормоз вряд ли получится.
Вики считает, что пара тонн.

Если сводить одним импульсом (чтоб через пол-оборота уже воткнулся в атмосферу) то тяги нужно хотя бы 300 кГ.
Так что прочность спутника существенна.
Но можно и меньшей силой, если множеством импульсов, постепенно понижая перигей.

s.t.> И еще вопрос, если сводить вниз, не получится так, что в процессе его "торпедирует" спутник на низкой орбите с увеличением количества мусора, особенно, если будет развернут крупный парус.

Ну, там есть гаишники, светофоры — можно провилять между остальными участниками орбитального движения.

По правилам надо, чтоб тупые железки не сближались на расстояние меньше 5 км.
А с пассажирами на 25 км.

Xan> Парусом надо активно рулить, чтобы сила действовала именно на торможение.
Для низких высот есть простой вариант электродинамического тормоза - кидается "внизу" длинная проволока (может быть очень тонкой, там особых токов нет), подаётся напряжение. Это вот ускориться электродинамикой сложно, а вот диссипативно рассеять импульс в околоземном типа-вакууме проблем-то нет.

Главная проблема (большие затраты ХС и топлива на спецаппарате, специально выведенном на ту же орбиту) будет подлететь и прицепиться.

Xan> Если сводить одним импульсом (чтоб через пол-оборота уже воткнулся в атмосферу) то тяги нужно хотя бы 300 кГ.

Зачем одним-то? ИМХО это совершенно излишнее требование. Есть куда спешить, кто-то мешает хоть 10 или 20 раз выдать в апогее же импульс меньшей тяги? Да, ЖРД на многократное включение сложнее и это удорожает при прочих равных - но снижение тяги наоборот, снижает. Причём снижение тяги даже всего на порядок удешевит движок сильнее, чем удорожит его требование многократного включения - такая вот технико-экономическая алгебра.

Xan> Это минимально 600 кг вонючки.

Если уж заморачиваться сведением - совершенно непонятно, зачем ограничивать себя вонючкой и вообще ЖРД. Спешить-то некуда. Ставь высокоимпульсный ЭРД, и алга. Пусть хоть 5 лет орбиту меняет. Там вообще не к спеху.

Да, конечно это сложнее. И в плане буксира дороже. Может и не оправдать экономию массы. СБ в частности нужны (но может можно подрубиться к собственным СБ спутника??? они явно просели, но какую-то мощность еще должны выдавать, порядка половины от исходной; ну неориентированы, так спутник всё равно как-то для ориентации крутить надо средствами буксира-сводчика).

Еще бОльшая сложность в поддержании ориентации всё время работы движка. Впрочем, тут можно сразу нацелиться на гравитационную, взяв с собой длинную штангу - полдела сделано.

Варианты с парусом или проводами-струнами также имеют право на существование.

Но это всё забегание вперёд.
Для начала стоило бы понять, нужно ли вообще СВЕДЕНИЕ как таковое. В смысле полное, в атмосферу до метеора с красивым следом.

Даже если вдруг этот спутник на его орбите действительно представляет какую-то опасность (что тоже совсем еще не факт!) - может быть, достаточно всего лишь на сотню-другую км поднять или опустить его орбиту. А может даже меньше чем на сотню.
И/или чуть изменить наклонение. Глядишь, вероятность столкновения еще на два-три порядка упадёт и станет совершенно пренебрежимой.

Или чуть изменить орбиту так, чтобы она стала неустойчивой под естественными воздействиями нецентральности поля Земли и воздействия Луны и т.п.

Кстати, солн. парусом такого можно ожидать добиться. Эффект НЯП известен, хотя не уверен, что для круговых орбит. По крайней мере, где-то смутно припоминается, что описаны расклады, когда за длительное время орбита очень сильно эволюционирует в сильно эллиптическую, вплоть до чуть ли не ухода от Земли. Типа, спутники при опредёленном направлении вращения и в случ. периодич. затенения Землёй могут сильно поднимать свою орбиту на больших временах.
У этого правда орбита сильно высокая, но не факт что бестеневая, тут надо смотреть.