Provocarea crescândă a debrisurilor orbitale

De la începutul epocii spaţiale, mii de sateliţi, corpuri de rachete şi fragmente s-au acumulat pe orbita Pământului. Potrivit Agenţiei Spaţiale Europene, peste 36 500 de obiecte mai mari de 10 cm sunt urmărite în prezent, iar milioane de piese mai mici prezintă riscuri de coliziune pentru nave spaţiale active. Necontrolate la stânga, aceste resturi ar putea declanşa o cascadă de coliziuni cunoscute sub numele de Sindromul Kessler, făcând ca benzile orbitale întregi să nu fie utilizate. Demontarea activă a resturilor (ADR) sunt, prin urmare, esenţiale pentru a păstra accesul la spaţiu, iar propulsie electrică este un factor cheie al acestor eforturi.

Avantajele de propulsie electrică pentru eliminarea defectelor

Sistemele electrice de propulsie oferă mai multe avantaje fundamentale față de propulsoarele chimice tradiționale pentru misiunile de îndepărtare a deșeurilor. Cel mai semnificativ este impuls specific

Un alt beneficiu cheie este controlul precis al împingerii. Propulsoarele electrice pot accelera pe o gamă largă și pot funcționa în impulsuri scurte, permițând manevrele fine necesare pentru întâlnirea cu și stabilizarea resturilor. Durata lor lungă de viață operațională

Implicații comerciale și la nivel de sistem

În timp ce propulsie electrică are o eficienţă ridicată, forţa sa scăzută (de obicei în milinewton la Newton gama) înseamnă că manevrele durează mai mult decât cu propulsie chimică. Aceasta necesită o planificare atentă a misiunii, în special pentru întâlnirile cu resturi sensibile la timp. Totuşi, masa redusă de combustibil poate reduce costurile de lansare sau permite un autobuz spaţial mai mic, mai uşor. Propulsia electrică necesită, de asemenea, sisteme robuste de condiționare a energiei şi de gestionare termică, dar progresele în tehnologia array solar şi stocarea bateriilor fac aceste cerinţe din ce în ce mai uşor de gestionat.

Tipuri de tehnologii de propulsie electrică pentru SAL

Propulsoare efect Hall

Propulsoarele cu efect Hall (ETH) generează împingere prin prinderea electronilor într-un câmp magnetic și accelerarea ionilor pe un potențial electric. Ele oferă un echilibru bun între densitatea de tracțiune și eficiență, producând de obicei 10 2016/13500 mN de tracțiune cu Isp în jurul a 1.500

Propulsoare cu ioni

Propulsoarele ionice accelerează ionii folosind reţele electrostatice, realizând cel mai mare impuls specific al oricărui tip de propulsie electrică matură . De multe ori mai mare de 3000 s. În timp ce propulsoarele T6 sunt mai mici decât propulsoarele Hall la niveluri de putere similare (de exemplu, 20 .100 mN), economiile de masă pot fi substanţiale. NASA Evoluţionar Xenon Thruster (NEXT) şi propulsorul T6 european au demonstrat durata de viaţă de 50.000 h sau mai mult, ceea ce le face potrivite pentru campanii de îndepărtare a resturilor pe termen lung. Propulsoarele ionice produc, de asemenea, un fascicul foarte îngust, bine colimat, reducând riscurile de contaminare a prunelor pentru a fi sensibile la senzorii de captare.

Propulsoare cu electrospray

Electrospray sau propulsoarele cu ioni folosesc array-uri de emiţători pentru a extrage picături încărcate sau ioni de la un combustibil metalic ionic sau topit. Ele pot fi construite în module compacte, scalabile (micropropulsie electrică) ideale pentru sateliţii de îndepărtare a resturilor mici sau pentru controlul atitudinii în timpul operaţiunilor de captare. Capacitatea lor de a împinge pulsul la nivele sub-milinewton permite precizia de poziţionare rafinată necesară atunci când se obţine un obiect necooperativ. În timp ce se dezvoltă încă de la demonstraţia de zbor timpurie şi de laborator (de exemplu, pe misiunea LISA Pathfinder), propulsoarele cu electrospray promit eficienţă ridicată (Isp până la 3.000 s) într-un pachet foarte mic.

Tendinţe emergente în propulsarea electrică pentru eliminarea debris

Sisteme hibride de propulsie

Nici o tehnologie de propulsie nu satisface toate fazele unei misiuni de îndepărtare a resturilor. Arhitecturi hibride care combină propulsoarele electrice și chimice câștigă tracțiune: un propulsor chimic oferă forța de tracțiune ridicată necesară pentru ridicarea orbitei și schimbările rapide ale planului, în timp ce propulsoarele electrice manipulează transferul de lungă durată, eficient din punct de vedere al combustibilului, întâlnirea și arsurile de derbitare. De exemplu, misiunea cu electroliză (Astroscale) utilizează un sistem chimic pentru introducerea orbitei inițiale și un sistem electric pentru operațiunile de întreținere a stațiilor și de proximitate. Această abordare cu dublă modalitate maximizează flexibilitatea fără a compromite economia de combustibil.

Surse avansate de energie şi propulsie electrică solară

Propulsia electrică este la fel de capabilă ca alimentarea sa. Tendinţele emergente includ reţele solare ultra-luminifere (de exemplu, pături flexibile cu roll-out) care furnizează 10

Îndepărtarea resturilor necesită o întâlnire cu obiecte care sunt adesea tumbling imprevizibile și lipsite de balize de cooperare. Propulsia electrică durează mult timp de ardere ar fi imposibil dacă fiecare ardere ar trebui să fie precompusă din sol. În schimb, misiunile recente sunt înglobarea călăuzire autonomă, navigație și control (GNC) sisteme care folosesc camere video, LiDAR și AI pentru a estima mișcarea molozului și planificarea transferurilor de joasă presiune în timp real. ADRAS-J nave spațiale (JAXA / Astroscale) a demonstrat o abordare autonomă și imagistica prin zbor a unei faze de rachete petrecute, folosind propulsie electrică pentru păstrarea stației. Sistemele viitoare vor combina model de control predictiv cu întărirea învățării pentru optimizarea secvențelor de captare a resturilor, în timp ce ține cont de constrângerile propulsoare și presiunea radiațiilor solare.

Diminuarea interacțiunii cu pluguri-debris

O preocupare persistentă cu propulsie electrică în operațiuni de proximitate este că ionii de mare viteză de la propulsor ar putea împiedica resturile țintă, modificându-și atitudinea sau împingându-l. Cercetarea în grinzi ionice scăzute de energie și divergență-reducerea scuturilor magnetice își prezintă promisiunea. De exemplu, propulsorul ionic cu o structură de înaltă performanță poate produce o undă cu divergență <5°, reducând la minimum transferul de impuls către suprafețe din apropiere. În plus, propulsoarele multimode care pot trece între moduri de înaltă eficiență (panou la scară largă) și cele cu grad scăzut de didisturbană (pane cu constranged) sunt în curs de dezvoltare, asigurându-se că propulsie nu subminează obiectivul de captare.

Realimentarea prin intermediul sistemului de operare și prelungirea duratei de viață

Abilitatea de a realimenta un remorcher electric de propulsie spaţiul ar putea reduce dramatic costul per obiect eliminat. Ideea este de a lansa o platformă de service care colectează resturi, este realimentat de un petrolier, şi continuă operaţiunile. NASA OSAM-1 (fost Restaurare-L) şi SpaceLogistics Mission Extension Pod (MEP) sunt paşi timpurii spre realimentare orbitală. Pentru propulsie electrică, transferul de combustibil (de obicei xenon sau krypton) introduce provocări în cuple şi presurizare cu scurgeri, dar pasiv şi de joasă trecere supapă se maturizează. Dacă este realizat, realimentarea ar putea permite flota de îndepărtare a resturilor persistente care operează pentru decenii.

Viitorul Outlook pentru eliminarea debris la scară mare

Factorii de reglementare și de politică

Orientările internaţionale, cum ar fi Orientările ONU privind limitarea spaţiului recomandă eliminarea sateliţilor în termen de 25 de ani de la sfârşitul vieţii. Cu toate acestea, conformarea rămâne voluntară, iar acumularea de resturi moștenite continuă. De exemplu, normele naţionale

Să ne ascundem prin intermediul arhitecturilor distribuite

În loc să trimită o navă spaţială mare pentru a elimina multe obiecte mari, o tendinţă convingătoare este utilizarea sateliţilor mici distribuiţi. Constelaţiile sateliţilor mici de removale de moloz fiecare echipat cu un propulsor compact de electrospray ar putea viza mai multe obiecte de dimensiuni medii. Conceptul iBOSS (blocuri de construcţii inteligente pentru servirea pe orbită) şi misiunea DEOS (germană) explorează abordări modulare în care propulsarea electrică asigură controlul fin necesar pentru andocare cu interfeţe standardizate. Această scalabilitate ar putea reduce costurile de permisiune şi accelera cronologia de curăţare.

Sinergii cu In-Space Manufacturing and Assembly

Propulsia electrică pe termen lung nu este numai pentru îndepărtarea resturilor . De asemenea, permite asamblarea orbitală a structurilor mai mari. Deoarece rachetele fosile reduc costurile de lansare, capacitatea de a muta blocurile de construcţie în loc cu propulsie eficientă solară devine atractivă. Aceeaşi tehnologie propulsoare care se luptă şi deorbită resturi ar putea fi ulterior reutilizate pentru construirea telescoapelor mari sau pentru realimentarea depozitelor. Acest merit dual de utilizare poate accelera investiţiile în sisteme de propulsie electrică de mare putere, beneficiind direct de eliminarea resturilor.

În rezumat, propulsie electrică este trecerea de la o tehnologie de nișă la o piatră de temelie a eliminării deșeurilor active. Cu progrese continue în Hall, ioni și propulsoare electrospray; MGN autonome; și sisteme de putere viitoare deceniu este probabil să vadă primul val de misiuni operaționale care elimină activ resturi periculoase. Aceste sisteme nu numai că vor proteja activele spațiale existente, dar și setați scena pentru un mediu orbital durabil

Linkuri externe:[[
• [ CEAS