В отличие от ранее предлагавшихся методов, новый способ борьбы с космическим мусором требует лазеров меньшей мощности и выглядит гораздо практичнее.
Немецкие учёные предложили новый способ борьбы с космическим мусором при помощи лазерного излучения. В отличие от предшествующих разработок на сходную тему, в этот раз были рассмотрены наиболее трудные случаи уничтожения фрагментов мусора сложной формы, причем сравнительно слабыми лазерными импульсами. Соответствующая статья опубликована в Optical Engineering.
Наиболее эффективным способом борьбы с космическим мусором на околоземной орбите является наращивание его скорости. Для этого к нему нужно приложить импульс, который формально будет тормозящим и по вектору направлен противоположно направлению движения куска мусора. После этого высота его орбиты начнет уменьшаться, за счет чего скорость увеличится (грубая аналогия — сбитый самолет пикирует на землю с нарастающей скоростью). Достигнув действительно значимой скорости, кусок мусора сгорит в атмосфере.
Предшествующие работы на тему лазерной очистки космоса от мусора рассматривали самые простые случаи — цилиндры, сферы и прочные детали правильной формы, при этом их ориентация всегда считалась совпадающей с ориентацией лазера. На практике таких элементов космического мусора мало. Почти все его фрагменты меньше 10 сантиметров — осколки от столкновения более крупных объектов и поэтому имеют самую разную и неправильную форму. Отследить их ориентацию в пространстве сложно – разрешение радаров и систем оптического поиска не хватает, чтобы корректно представить орбиту таких предметов.
Используя методы математического моделирования, исследователи рассчитали наиболее общие и универсальные способы свода с орбиты подобного рода мусора. Как оказалось, даже несмотря на отсутствие полных сведений о мелких деталях, форме и направлении движения этих объектов, вполне можно обстреливать их тормозящим импульсом, который переведет их на более низкую орбиту. При этом в отличие от сценария полного испарения мусора сверхмощными лазерными установками (типа DE-STAR), достаточно будет компактных лазеров мощностью в киловатты.
У способа есть ограничения – как показали расчеты по методу Монте-Карло – заранее определить, что лазерные импульсы забросят обломок произвольной формы именно на безопасную орбиту получится не всегда. Во всех случаях будет сохраняться вероятность, что импульс, испарив часть вещества мусорного обломка, вынудит его перемесится на орбиту близкую к МКС или рабочему спутнику. Тем не менее, используя определенные алгоритмы, предложенные исследователями в общем виде, можно понизить вероятность такого печального развития событий. И все же свести его к нулю для фрагментов неправильной формы будет практически невозможно. В любом случае, отмечают авторы работы, это лучше, чем отказаться от такой борьбы вообще и радикально повысить вероятность гибели работающих аппаратов от космического мусора.