Αναδυόμενες Τάσεις στην Ηλεκτρική Πρόωση για Διαστημικές Αποσχιστικές Αποστολές Απορρίψεων

Εμπόριο-Οργανισμοί και Επιπέδου συστήματος Επιπτώσεις

Ενώ η ηλεκτρική πρόωση υπερηφανεύεται για υψηλή απόδοση, χαμηλή ώθηση του (συνήθως στο εύρος millinewton σε newton) σημαίνει ότι οι ελιγμοί παίρνουν περισσότερο χρόνο από ό, τι με τη χημική πρόωση. Αυτό απαιτεί προσεκτική προγραμματισμό αποστολής, ειδικά για τις συναντήσεις συντριμμιών με ευαισθησία στο χρόνο. Ωστόσο, η μειωμένη μάζα προωθητικών μπορεί να μειώσει το κόστος εκτόξευσης ή να επιτρέψει ένα μικρότερο, ελαφρύτερο διαστημικό λεωφορείο.

Τύποι Ηλεκτρικών Τεχνολογιών Προώθησης για ADR

Προωθητήρες επίδρασης Hall

Οι προωθητήρες Hall effect (HETs) παράγουν ώθηση παγιδεύοντας ηλεκτρόνια σε μαγνητικό πεδίο και επιταχύνοντας ιόντα σε ηλεκτρικό δυναμικό. Προσφέρουν καλή ισορροπία μεταξύ πυκνότητας ώσης και απόδοσης, παράγοντας συνήθως 10 ⁇ 500 mN ώθησης με Isp περίπου 1.500 ⁇ 2.500 s. Διαθέσιμα εμπορικά HET όπως το SPT-100 έχουν κληρονομιά πτήσης σε πολλούς γεωστατικούς δορυφόρους, και κλιμακωμένες εκδόσεις προσαρμόζονται για την απομάκρυνση των συντριμμιών. Η ευρωστία και οι μετριοπαθείς απαιτήσεις ισχύος (1 ⁇ 5 kW) τους καθιστούν ελκυστικούς για τις κοντινές αποστολές ADR.

Ιόντων προωθητήρων

Οι προωθητήρες ιόντων επιταχύνουν τα ιόντα χρησιμοποιώντας ηλεκτροστατικά πλέγματα, επιτυγχάνοντας την υψηλότερη ειδική ώθηση οποιουδήποτε ώριμου ηλεκτρικού τύπου πρόωσης — συχνά υπερβαίνοντας τα 3.000 s. Ενώ η ώθηση είναι χαμηλότερη από τους προωθητήρες Hall σε παρόμοια επίπεδα ισχύος (π.χ. 20 ⁇ 100 mN), η εξοικονόμηση μάζας μπορεί να είναι σημαντική. Οι προωθητήρες ιόντων της NASA Εξελικτικό Xenon Thruster (NEXT) και ο ευρωπαϊκός προωθητήρας T6 έχουν επιδείξει ζωές 50.000 h ή περισσότερο, καθιστώντας τα κατάλληλα για εκστρατείες απομάκρυνσης αποβλήτων μακράς διάρκειας. Οι προωθητήρες ιόντων παράγουν επίσης μια πολύ στενή, καλά συμπυκνωμένη δέσμη, μειώνοντας τους κινδύνους μόλυνσης από τα φτερά για ευαίσθητους αισθητήρες δέσμευσης.

Ηλεκτροσπρέι για προωθητήρες

Οι ηλεκτροσπρέι ή οι προωθητήρες ιόντων χρησιμοποιούν συστοιχίες πομπών για την εξαγωγή φορτισμένων σταγονιδίων ή ιόντων από ένα ιονικό υγρό ή λιωμένο μεταλλικό προωθητικό. Μπορούν να κατασκευαστούν σε συμπαγείς, κλιμακούμενες μονάδες (ηλεκτρικές μικροπροωθητικές) ιδανικές για μικρούς δορυφόρους αφαίρεσης συντριμμιών ή για έλεγχο στάσης κατά τη διάρκεια των εργασιών σύλληψης. Η ικανότητά τους να παλμίζουν σε επίπεδα υπο-μιλλινέου, επιτρέπει την εξαιρετική ακρίβεια τοποθέτησης που απαιτείται κατά τη συμπύκνωση ενός μη συνεργάσιμου αντικειμένου. Ενώ εξακολουθούν να αναδύονται από εργαστηριακή και πρώιμη επίδειξη πτήσης (π.χ. στην αποστολή Pathfinder LISA), οι ηλεκτροσπρέιτοι προωθητήρες υπόσχονται υψηλή απόδοση (Isp έως 3.000 s) σε ένα πολύ μικρό πακέτο.

Αναδυόμενες Τάσεις στην Ηλεκτρική Πρόωση για την Αφαίρεση Αποβραχίονα

Υβριδικά συστήματα προώθησης

Οι υβριδικές αρχιτεκτονικές που συνδυάζουν ηλεκτρικούς και χημικούς προωθητήρες αποκτούν έλξη: ένας χημικός προωθητήρας παρέχει την υψηλή ώθηση που απαιτείται για την ανύψωση τροχιάς και τις γρήγορες αλλαγές του επιπέδου, ενώ οι ηλεκτρικοί προωθητήρες χειρίζονται τη μακρά, αποδοτική μεταφορά καυσίμου, ραντεβού και εγκαύματα deorbit. Για παράδειγμα, η αποστολή ELSA-d (Astroscale) χρησιμοποιεί ένα χημικό σύστημα για την αρχική εισαγωγή τροχιάς και ένα ηλεκτρικό σύστημα για τις εργασίες συντήρησης και εγγύτητας σταθμών. Αυτή η διπλή προσέγγιση μεγιστοποιεί την ευελιξία χωρίς να θέτει σε κίνδυνο την προωθητική οικονομία.

Προηγμένες Πηγές Ενέργειας και Ηλιακή Ηλεκτρική Προαγωγή

Οι τάσεις που προκύπτουν περιλαμβάνουν εξαιρετικά ελαφρές ηλιακές συστοιχίες (π.χ., εύκαμπτες κουβέρτες roll-out) που αποδίδουν 10-30 kW στο διαστημικό σκάφος, επιτρέποντας στους προωθητήρες Hall υψηλότερης ροής ή πολλαπλούς προωθητήρες ιόντων να λειτουργούν ταυτόχρονα. Τα ηλιακά κύτταρα επόμενης γενιάς με απόδοση μεγαλύτερη του 35% (κυψέλες πολλαπλής ζύγισης III-V) βελτιώνουν περαιτέρω τη μάζα ⁇ ειδική ισχύς. Η αποθήκευση ενέργειας επί του σκάφους με τη χρήση υψηλής ⁇ ενεργειακής πυκνότητας μπαταρίες ιόντων λιθίου επιτρέπει την χρονομέτρηση των λειτουργιών δέσμευσης ισχύος ⁇ πείνας με βέλτιστο ηλιακό φωτισμό, εξομάλυνση των παροδικών ισχύος. Αυτές οι καινοτομίες επεκτείνουν άμεσα την πρόσβαση της ηλεκτρικής πρόωσης σε πιο απαιτητικές τροχιές απομάκρυνσης συντριμμιών.

Αυτόνομη πλοήγηση και σχεδιασμός AI ⁇ Driven Maneuver

Η απομάκρυνση των συντριμμιών απαιτεί συνάντηση με αντικείμενα που συχνά είναι απρόβλεπτα και στερούνται συνεργατικών φωκών. Η διάρκεια των εγκαυμάτων θα ήταν μη πρακτική εάν κάθε έγκαυμα έπρεπε να είναι προ-υπολογισμένο από το έδαφος. Αντίθετα, οι πρόσφατες αποστολές ενσωματώνονται ]αυτόνομη καθοδήγηση, πλοήγηση και έλεγχος (GNC)[ συστήματα που χρησιμοποιούν κάμερες, LiDAR, και AI για να υπολογίσουν την κίνηση των συντριμμιών και να προγραμματίσουν μεταφορές χαμηλής πίεσης σε πραγματικό χρόνο. Το διαστημικό σκάφος ADRAS ⁇ J (JAXA / Astroscale) επέδειξε αυτόνομη προσέγγιση και να πετάξει ⁇ αγγύρισμα απεικόνισης ενός αναλωμένου σταδίου πυραύλων, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική πρόωση για συντήρηση σταθμών. Τα μελλοντικά συστήματα θα συνδυάζουν τον προγνωστικό έλεγχο μοντέλου με την ενίσχυση της μάθησης για βελτιστοποίηση συντριμμιών ⁇ αυχές σύλληψης ενώ θα λογίζονται για περιορισμούς προωθητικών και ηλιακή πίεση.

Υδραυλική ⁇ Debris αλληλεπίδραση Mitigation

Μια διαρκής ανησυχία με την ηλεκτρική προώθηση σε επιχειρήσεις εγγύτητας είναι ότι τα ιόντα υψηλής ταχύτητας από τον προωθητήρα θα μπορούσαν να προσκρούσουν στα συντρίμμια στόχου, αλλάζοντας τη στάση του ή απομακρύνοντάς τον. Έρευνα σε <ισχυρό> χαμηλές ⁇ ακτίνες ιόντων ενέργειας και <ισχυρή> διασπορά ⁇ μείωση της μαγνητικής θωράκισης δείχνει την υπόσχεση. Για παράδειγμα, ο πλεγμένος προωθητήρας ιόντων με υψηλή απόδοση μπορεί να παράγει μια δέσμη με απόκλιση <5°, ελαχιστοποιώντας τη μεταφορά ορμής σε κοντινές επιφάνειες. Επιπλέον, οι πολυ-τρόποι προωθητήρες που μπορούν να αλλάξουν μεταξύ υψηλής απόδοσης (ευρείας) και χαμηλής ⁇ διαστασιμότητας (περιοριζόμενης σε φτέρωμα) είναι υπό ανάπτυξη, εξασφαλίζοντας ότι η πρόωση δεν υπονομεύει τον στόχο σύλληψης.

Σε ⁇ Orbit Refuering και Επέκταση Ζωής

Η δυνατότητα ανεφοδιασμού ενός ηλεκτρικού ρυμουλκού χώρου προώθησης θα μπορούσε να μειώσει δραματικά το κόστος ανά αντικείμενο που αφαιρείται. Η ιδέα είναι να ξεκινήσει μια ενιαία πλατφόρμα συντήρησης που συλλέγει συντρίμμια, ανεφοδιάζεται από ένα βυτιοφόρο, και συνεχίζει τις λειτουργίες. OSAM ⁇ 1 της NASA (πρώην Restore ⁇ L) και το SpaceLogistics Αποστολή Pod (MEP) είναι πρώιμα βήματα προς την τροχιακή ανεφοδιασμό. Για την ηλεκτρική προώθηση, μεταφορά προωθητικών (συνήθως xenon ή krypton) εισάγει προκλήσεις σε διαρροές ⁇ σφιγμένες ζεύξεις και συμπίεση, αλλά παθητικά και χαμηλού επιπέδου σχέδια βαλβίδων ωριμάζουν. Αν πραγματοποιηθεί, ο ανεφοδιασμός θα μπορούσε να επιτρέψει επίμονους στόλους απομάκρυνσης των συντριμμιών που λειτουργούν για δεκαετίες.

Μελλοντική Outlook για την αφαίρεση αποβράσματα μεγάλων ⁇ Scale

Κανονιστικά και Πολιτικά Οδηγοί

Οι διεθνείς κατευθυντήριες γραμμές, όπως οι κατευθυντήριες γραμμές για την αποσάθρωση του διαστήματος των Ηνωμένων Εθνών συνιστούν την απόρριψη δορυφόρων εντός 25 ετών από τη λήξη της ζωής. Ωστόσο, η συμμόρφωση παραμένει εθελοντική, και η συσσώρευση των κληρονομικών συντριμμιών συνεχίζεται. Αναδυόμενοι εθνικοί κανονισμοί — για παράδειγμα, ο πενταετής κανόνας της Ομοσπονδιακής Επιτροπής Επικοινωνιών των ΗΠΑ για την deorbit ⁇ δημιουργούν μια αγορά για τις ενεργές υπηρεσίες απομάκρυνσης.

Διασχίζοντας τις Διανεμημένες Αρχιτεκτονικές

Αντί να στείλετε ένα μεγάλο διαστημόπλοιο για να αφαιρέσετε πολλά μεγάλα αντικείμενα, μια επιτακτική τάση είναι η χρήση [[LFT:0]]διανεμημένων μικρών δορυφόρων[[LFT:1]]. Αστερισμοί μικρών συντριμμιών ⁇ απομακρυσμένων δορυφόρων ο καθένας εξοπλισμένος με ένα συμπαγές προωθητήρα ηλεκτροσπρέι θα μπορούσε να στοχεύει σε πολλαπλά μεσαίου μεγέθους αντικείμενα. Το iBOSS (πνευματικά Building Blocks για On ⁇ Orbit Servicing) έννοια και η αποστολή DEOS (γερμανικά) είναι η διερεύνηση σπονδυλωτές προσεγγίσεις όπου η ηλεκτρική πρόωση παρέχει τον λεπτό έλεγχο που απαιτείται για την πρόσδεση με τυποποιημένες διεπαφές. Αυτή η κλιμακωσιμότητα θα μπορούσε να μειώσει το κόστος ανά αποστολή και να επιταχύνει το χρονοδιάγραμμα καθαρισμού ⁇ up.

Συνέργειες με την κατασκευή και συναρμολόγηση του χώρου

Καθώς οι επαναχρησιμοποιήσιμοι πύραυλοι μειώνουν το κόστος εκτόξευσης, η ικανότητα να μετακινούνται δομικά στοιχεία στη θέση τους με αποτελεσματική ηλιακή ηλεκτρική προώθηση γίνεται ελκυστική.

Με συνεχείς προόδους στην Hall, ιόντων και ηλεκτροσπρέι προωθητήρων, αυτόνομων GNC και συστημάτων ισχύος, η επόμενη δεκαετία είναι πιθανό να δει το πρώτο κύμα επιχειρησιακών αποστολών που απομακρύνουν ενεργά επικίνδυνα συντρίμμια. Αυτά τα συστήματα όχι μόνο θα προστατεύσουν τα υπάρχοντα διαστημικά περιουσιακά στοιχεία, αλλά θα θέσουν επίσης το στάδιο για ένα βιώσιμο τροχιακό περιβάλλον — ένα περιβάλλον όπου η ηλεκτρική πρόωση παρέχει την ακρίβεια και την αποδοτικότητα που απαιτείται για να διατηρηθεί ο χώρος ασφαλής για τις μελλοντικές γενιές.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι:
⁇ [ESA ⁇ About Space Debris]
⁇ NASA ⁇ Osam-1 Mission Overview[]
⁇ [Αστροκλίμακα ⁇ Αποστολή ELSA-d]
] ⁇ SpaceNews ⁇ Επιθεώρηση ADRAS-J Debris