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.

Fakir> Для начала стоило бы понять, нужно ли вообще СВЕДЕНИЕ как таковое. В смысле полное, в атмосферу до метеора с красивым следом.
Fakir> 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.
Для ГСО действительно поднимают. Но тем самым увеличивают вероятность столкновения уже на орбите захоронения, с возможным обратным прилётом обломков на ГСО...
А низкоорбитальные - слишком много всего пересекают, чтобы их оставлять.

Дем> Для ГСО действительно поднимают. Но тем самым увеличивают вероятность столкновения уже на орбите захоронения, с возможным обратным прилётом обломков на ГСО...

Бред. Нет там никакой вероятности столкновения. Она меньше, чем у тебя столкнуться с медведем. Или получить метеоритом по голове.
А уж "прилёт обломков" с орбиты захоронения до ГСО - бред в квадрате.

Если совсем начистоту, то даже орбита захоронения для ГСО-спутника - перестраховка, маслить масло.

Дем> А низкоорбитальные - слишком много всего пересекают, чтобы их оставлять.

Речь не о по-настоящему низкоорбитальных. Там высокая орбита, малая плотность спутников.

Fakir> Бред. Нет там никакой вероятности столкновения. Она меньше, чем у тебя столкнуться с медведем.
Я сталкивался
Но да, один спутник на сотни км - оно немного. Но с другой стороны они там тысячи лет болтаться будут...

Fakir> Речь не о по-настоящему низкоорбитальных. Там высокая орбита, малая плотность спутников.
Так они как правило или ниже радпоясов (до 600 км) или выше - уже за 10 000км

Fakir> Бред. Нет там никакой вероятности столкновения.

Она полюбому выше, чем кажется.

Это не просто "сто бутылок на квадратный километр", эти "бутылки" еще и быстро движутся (заметая собой соответствующий объем пространства).

Так что "типичная низкая орбита", это не "аж целые 40+ тыс. км", а всего-навсего "полтора часа на однократный облет".

На ГСО конечно, много меньше (вероятность), но...

Дем> Я сталкивался

А нечего шляться где ни попадя!
Скажем - как столкнуться в городе средней полосы.

Дем> Но да, один спутник на сотни км - оно немного. Но с другой стороны они там тысячи лет болтаться будут...

Плевать. 1. Это не та проблема, которая проблема на горизонте более 50 лет. 2. За тысячу лет его световым давлением, солнечным ветром, возмущениями от Луны и т.п. куда-нибудь унесёт 146%. Куда именно - вообще говоря, требует отдельного исследования, может и рассматривал кто. Тут для каждой орбиты свои погремушки.

Дем> А низкоорбитальные - слишком много всего пересекают, чтобы их оставлять.

Всё, что на низких орбитах, то есть ниже радиационных поясов утонет самом по себе, остатков атмосферы там достаточно. Причём мусор от столкновений будет тонуть даже быстрее — у него меньше нагрузка на мидель.

PS: Поправил. Естественно, "меньше".

Fakir>> Бред. Нет там никакой вероятности столкновения.
П.З.> Она полюбому выше, чем кажется.

Ниже. Чем кажется.

П.З.> Так что "типичная низкая орбита", это не "аж целые 40+ тыс. км", а всего-навсего "полтора часа на однократный облет".

Всё это вообще не при делах. Все 40 тыс. км. Играют роль только области пересечения орбит. "Язык другой".
Можно вообще получить ситуации - наглядно в модельном случае ровно двух спутников - когда вероятность столкновения будет строго нулевой как минимум на вековых сроках, при том, что высота орбит будет одинаковой.
И совершенно пофиг, сколько тыщ км там было.

Растёт вероятность в тех случаях, когда параметры орбиты ощутимо эволюционируют со временем. И в этом плане торможение в атмосфере на период жизни спутника эту вероятность увеличивает - возникают шансы, что его орбита хотя бы пересечётся с чьей-то другой (пусть даже не в фазе). Ну и если эволюционируют орбиты ВСЕХ участников низкоорбитального движения, то корректный учёт уже очень тяжёл, просто на теорему Пуанкаре и всё такое уже не сошлёшься, и тут уже смещаемся потихоньку в сторону аналога газокинетической модели столкновений. Полухаотическое движение, плотность, сечения и т.п. Ну собственно поэтому по большей части про опасность сближений для МКС говорится - уж больно у неё сечение здоровое.

Кстати, даже не любое разрушение спутника увеличит вероятность столкновений. Т.к. не любое разрушение приведёт к росту эффективного сечения. Например, если от спутника солнечная батарея отвалится - ситуация в целом считай что вообще не поменялась в плане вероятности столкновения.

П.З.> На ГСО конечно, много меньше (вероятность), но...

Можно считать что нулевая. Столько нулей после запятой.

О хоть какой-то вероятности вреда можно говорить только в смысле радиопомех. Если не выключится окончательно (как в памятном случае со спутником-зомби) или включится невовремя или там от него радиоэхо какое будет. И то это всё с нулями после запятой.