БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОСТРОЕНИЯ СТРАТЕГИИ СБОРА КРУПНОГАБАРИТНОГО КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА НА ОКОЛОКРУГОВЫХ ОРБИТАХ

© А.А.Баранов, Д.А.Гришко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2014 г.

За время освоения космического пространства на различных орбитах скопилось (по данным ООН) за 2009 г. около 300 тысяч объектов космического мусора (КМ), который представляет собой как нефункционирующие космические аппараты (КА), отработавшие ступени ракет и разгонные блоки, так и более мелкие объекты, обязанные своим происхождением особенностями разделения конструкций в космосе и столкновениям объектов. Так, в 2007 и в 2009 гг. в рамках испытаний вооружений Китай осуществил запуск ракет, которые поразили свои уже вышедшие из строя КА. Также в 2009 г. произошло первое естественное столкновение в космосе: между КА «Космос-2251» и КА «Iridium-33». К настоящему моменту наибольший вклад в засорение космоса внесли Китай (40%), чуть меньше США (27,5%) и Россия (25,5%), остальные страны — суммарно около 7%. Дальнейшее использование орбит с высотой перицентра, превышающей 600 км, в ближайшем будущем может быть осложнено угрозой столкновения с крупногабаритными объектами, в связи с этим необходима разработка методов оптимизации увода этих объектов с орбиты с использованием их механического захвата активным КА-сборщиком.

Целенаправленный увод с орбиты искусственно созданных космических объектов актуален как для низких орбит 700–1500 км, где влияние атмосферы крайне незначительно, так и для высоких орбит, в том числе и геостационарной. К настоящему времени для низкоорбитальных объектов, где при маневрировании можно активно использовать нецентральность гравитационного поля Земли, сформировались две схемы увода. Первая из них предусматривает последовательный облёт некоторого количества объектов с их сбором, либо с внедрением в сопло малых КА с автономным управлением и запасом топлива для тормозного воздействия. Вторая схема предусматривает использование одного КА, маневрирующего между объектами и за счёт своей двигательной установки последовательно уводящего их на орбиты захоронения. Обе приведённые схемы рассчитаны на борьбу с крупногабаритным КМ. Следует отметить, что именно крупногабаритные объекты представляют основную опасность для орбитальной группировки. Такие объекты обладают несоизмеримо большим импульсом по сравнению с небольшим частицами и при столкновении являются их источником, что может привести к неуправляемой цепной реакции. Кроме того, в топливных баках последних ступеней ракет и разгонных блоков может оставаться топливо, которое усилит мощность взрыва при столкновении.

В качестве основных направлений оптимизации энергетических и временных затрат на облёт объектов КМ в работе использованы следующие методы: использование в схеме облёта несколько активных КА-сборщиков КМ, гибкий выбор числа витков перелёта между двумя объектами в зависимости от рассогласования по долготе восходящего узла (ДВУ), использование диагональных переходов на портрете эволюций ДВУ. Сочетание разработанных методов позволяет значительно оптимизировать решение поставленной задачи как по энергетическим, так и по временным показателям.