ОЧИСТКА НИЗКИХ ОКОЛОЗЕМНЫХ ОРБИТ ОТ МЕЛКОГО КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА

© Н.М.Дронь, П.Г.Хорольский, Л.Г.Дубовик
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2011 г.

Проблема засорения околоземного пространства мелким космическим мусором (КМ) из года в год становится все более острой. Сегодня его количество столь велико, что уже создает реальную опасность для работающих там космических аппаратов и космических станций, в связи с чем задача очистки низких околоземных орбит от мелких частиц КМ является весьма актуальной.

Как вариант ее решения предлагается использование космических тральщиков (КТ), снабженных двигательной установкой (ДУ) и имеющих на своем борту специальное устройство, улавливающее мелкие частицы космического мусора или поглощающее кинетическую энергию этих частиц. В результате маневра, выполняемого КТ, КМ попадает в плотные слои атмосферы, тормозится под действием сил аэродинамического сопротивления и затем сгорает. Выведение КТ на требуемую орбиту осуществляется либо с помощью разгонного блока с промежуточной орбиты, либо непосредственно ракетой-носителем (РН) с Земли.

В докладе рассмотрен один из возможных маневров функционирования КТ в межорбитальном пространстве — циклическое движение между высокой и низкой орбитами, и дана оценка его эффективности в зависимости от варианта сочетания ДУ выведения и эксплуатации КТ при использовании РН различной грузоподъемности. В качестве критерия оценки рассмотрены суммарная площадь поверхности сферического улавливающего устройства (УУ) КТ, пересекающей пространство между высокой и низкой орбитами, и суммарное время работы КТ на этапе очистки.

Для данного маневра были проведены расчеты числа циклов «спуск-подъем» и суммарного времени работы КТ на этапе очистки в зависимости от способа выведения КТ на требуемую орбиту РН различной грузоподъемности. Были рассмотрены варианты с использованием собственных двигателей РН и разгонных блоков на базе жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) большой тяги, электроракетных двигателей (ЭРД), ЖРД малой тяги. Спуск-подъем осуществлялся с помощью ЭРД. Также был рассмотрен вариант применения ЖРД малой тяги как на этапе выведения, так и на этапе очистки.

Показано, что эффективность очистки низких околоземных орбит от мелких частиц КМ при циклическом движении КТ между высокой и низкой орбитами в основном определяется суммарной площадью поверхности УУ, равной площади поверхности УУ, умноженной на количество совершенных циклов, и растет с увеличением грузоподъемности РН для всех рассмотренных вариантов. Наиболее эффективным является использование на этапе выведения КТ разгонного блока с ЖРД, а на этапе очистки — ЭРД.