Jak żagle drag mogą pomóc rozwiązać problem śmieci kosmicznych?

weź chmury

Wśród wielu konkurencyjnych koncepcji ograniczania marnotrawstwa kosmicznego, żagle drag są jednymi z najbardziej intuicyjnych. Są to sztuczne żagle, które są wypuszczane ze statku kosmicznego, aby wytworzyć dodatkowy opór po zakończeniu jego misji, spowalniając statek i wyprowadzając go z orbity tak szybko, jak to możliwe.

„Używając cieńszych warstw atmosfery, znajdujących się na wyższych poziomach, żagle hamujące działają jak mechanizm, który uderza w żagiel i spowalnia statek kosmiczny” – mówi Rohan Sood, dyrektor Laboratorium Astrodynamiki i Badań Kosmicznych na UA. „Rozkładamy żagiel prostopadle do kierunku ruchu statku kosmicznego, który zwalnia i opuszcza statek kosmiczny”.

Jednym z pierwszych pojazdów, które zademonstrowały tę koncepcję, była NASA Nanosil-D2nanosatelita wielkości butelki z wodą, który w 2011 roku rozmieścił żagiel o powierzchni 10 metrów kwadratowych. Zamiast spędzać około pięćdziesięciu lat na lądowaniu na Ziemi z jej 400-kilometrowej orbity, ponownie -wszedł w atmosferę i spłonął.W niecały rok.

Ponieważ żagle holownicze działają pasywnie, wykorzystując wyłącznie opór powietrza, żagle holownicze oferują unikalny sposób zapobiegania przyszłym śmieciom kosmicznym. Konkurencyjne technologie deorbitacji, takie jak napęd elektryczny – który SpaceX wykorzystuje w konstelacji Starlink – wymagają źródła zasilania na pokładzie statku kosmicznego, co może być podatne na komplikacje.

mówi David Spencer, kierownik ds. systemów misji w NASA Jet Propulsion Laboratory i dyrektor Spaceflight Projects Laboratory w Purdue. „W tym miejscu żagle holownicze zapewniają, naszym zdaniem, podejście bezpieczniejsze niż awaria”. (Ze swojej strony SpaceX twierdzi, że nie lata satelitami Starlink powyżej 370 mil. [600 km]skracając czas niesprawnego pojazdu do pięciu lub sześciu lat).

Koncepcja jest w teorii wystarczająco intuicyjna, mówi Spencer, ale głównym wyzwaniem jest zaprojektowanie systemu wdrażania. „Mamy te długie bomy, które są schowane w bardzo wąskim miejscu, mamy duże żagle, które przez lata trzeba wpychać do tych małych magazynów, a kiedy nadejdzie rozkaz rozmieszczenia, wszystkie powinny działać prawidłowo”.

Nawet pomyślnie rozmieszczone żagle chmurowe mogą napotkać problemy, takie jak zanikanie orbit i tranzyt statków kosmicznych w mniej gęste rejony atmosfery. Kiedy tak się dzieje, żagle holownicze muszą pozostać prostopadłe do ruchu pojazdu, aby utrzymać kołysanie. „Jeśli żagiel zaczyna się obracać i nie jest już prostopadły, efekt oporu jest zmniejszony, a jeśli jest równoległy, może wynosić zero” – mówi Sood. „Więc wyzwaniem jest również kontrolowanie zachowania żagla”.

Statki kosmiczne zazwyczaj wykorzystują aktywne metody kontroli położenia, które wymagają źródła energii – takiego jak silniki odrzutowe lub koła reakcyjne. Ale ciągnięcie żagla dla nieistniejącego satelity nie będzie mogło liczyć na siłę.

Zespół Spencera zwrócił się do badmintona po inspirację. Model żagla Spinnaker-1 po rozłożeniu przyjmuje kształt piramidy. „Ta piramida działa jak piórko”, mówi Spencer, który automatycznie skręca samochód w kierunku zapewniającym najlepszą przyczepność.