17.12.2004

Привязь терминатора уничтожает старые спутники

Идея использовать электромагнитные силы и взаимодействие с магнитным полем Земли для создания тяги в космосе — не нова. На протяжении XX века об этом не раз писали фантасты. А вот примеры практического решения данной задачи — большая редкость.

Этим занимается американская компания Tethers Unlimited, основанная в 1994 году докторами наук Робертом Хойтом и (Robert Hoyt) и Робертом Форвардом (Robert Forward).

Нельзя сказать, что это единственная компания или лаборатория, что работает в данной области, но, пожалуй, одна из немногих, доведших старую идею до реализации в металле.

В прошлом году фирма получила грант в размере $1,5 миллиона от NASA, а в этом году — $230 тысяч от научно-исследовательского агентства Пентагона DARPA.

Оба гранта связаны именно с работами по электромагнитным привязям, хотя это — не единственное направление работы компании.

Итак, идея в сыром виде — если спустить со спутника электропроводящий трос, то он будет пересекать линии магнитного поля планеты, и в этом кабеле будет наводиться ток.

Взаимодействие тока с полем приведёт к созданию силы, действующей на трос. Эта сила будет тормозить спутник и понижать его орбиту. Без всяких затрат топлива или энергии.

Если, напротив, затратить электроэнергию и направить ток в кабеле в другую сторону — возникшая сила будет поднимать орбиту аппарата.

Американскую компанию пока больше волнует первый вариант работы системы. И вот почему.

Проблема замусоривания космоса отслужившими спутниками — очень остра. Если мы хотим принудительно свести с орбиты спутник — мы должны встроить в него двигатель и оставить для этой операции запас топлива.

На всё это требуется от 5% до 20% массы спутника, что увеличивает и его цену, и вес, и стоимость запуска.

А ведь ещё встаёт вопрос надёжности такой системы, которую нужно будет привести в действие после 5-10 лет работы аппарата на орбите.

Решение этой задачи от Tethers Unlimited — это намного меньшая стоимость, 1% от массы спутника и исключительная надёжность.

Называется данная штуковина "Привязь терминатора" (Terminator Tether).

Это катушка с тонким кабелем длиной 5 километров, минимум электроники и замок.

Пока спутник работает, система просыпается время от времени для тестирования электроники и проверки "статуса" спутника. Как только сигнал на уничтожение принят, кабель разматывается.

Анод (он же — коллектор), расположенный на верхнем конце кабеля, вблизи спутника, собирает электроны из ионосферы Земли, а катод (эмиттер), на нижнем конце кабеля — выбрасывает их обратно.

Так как ионосфера электропроводна, цепь замыкается, и по кабелю течёт непрерывный ток в одном направлении.

Сила, действующая на кабель, стаскивает спутник с орбиты довольно быстро, и он сгорает в атмосфере.

Так, для спутника, летающего на высоте 775 километров, время естественного ухода с орбиты составляет примерно 100 лет, а с использованием "Привязи терминатора" — 11 дней.

В случае со спутником на высоте 1400 километров эта разница ещё более внушительна — 9 тысяч лет и 37 дней.

И всё это — без затрат топлива или электричества, что очень важно. Не только в смысле экономии массы аппарата или денег.

"Привязь терминатора" должна надёжно сработать даже при отказе большинства систем спутника и потери им ориентации, а также — электропитания.

Включение ракетной установки увода с орбиты в таких условиях было бы невозможным.

Пока Terminator Tether лишь проходит наземные испытания, об установке на конкретные спутники ничего не сообщается.

Но зато недавно катушку-терминатор проверили, пусть и ограниченно, в условиях искусственной невесомости — на борту лайнера, летящего по параболе.

Внешне — всё, вроде, просто. Но почему же такие системы не нашли применения? На самом деле создать такую надёжную катушку — непросто.

Тут нужно решать и проблему лёгкого разматывания столь длинного кабеля, и сам кабель должен выдерживать приличное напряжение. Кроме того, нужно, чтобы система спокойно переваривала колебания, возникающие в длинном кабеле.

Насколько эти проблемы преодолели авторы "Привязи терминатора" — покажет время.

А дальше открываются ещё более заманчивые перспективы. Как мы уже сказали, если использовать бортовой источник энергии, можно не только тормозить, но и разгонять спутник, произвольно меняя его орбиту.

Это может оказаться надёжным и эффективным решением для управления орбитой исследовательских аппаратов, вращающихся не только вокруг Земли, но и вокруг любой другой планеты с магнитным полем — например, Юпитера.

Источники:

1. MEMBRANA