Представленная учеными технология представляет собой улучшенную методику очистки орбиты с использованием плазменного факела - ионного потока, создаваемого электрическим двигателем космического аппарата-уборщика. При таком способе уборки плазменная "метла" космического "дворника" потоком ионов сметает космический мусор в нужном направлении, отправляя его в атмосферу Земли для последующего сгорания в плотных слоях или перемещая на специальную орбиту захоронения - орбитальный мусорный полигон.

"Уборка старых нефункционирующих спутников или отработавших ракетных ступеней, которые остались на орбите после вывода полезной нагрузки, - многогранная и сложная научно-техническая задача. Для ее решения в мире предложено уже немало схем и способов, в том числе и с использованием ионных потоков. Но миссий по уборке космического мусора пока не проводилось. В нашей монографии подробно представлен способ бесконтактной уборки мусора на орбите с помощью автоматического космического аппарата-уборщика, оснащенного ионными двигателями, такие двигатели широко используются в современной космонавтике. Аппарат-уборщик, приблизившись к выбранному мусорному объекту на расстояние около десяти метров, направит на него ионную струю двигателя, так называемый плазменный факел. Сталкиваясь с поверхностью космического мусора, частицы ионной струи генерируют силу, которая и будет использоваться для перемещения мусора в нужном направлении", - рассказал Александр Ледков, один из авторов книги, доцент кафедры теоретической механики Института ракетно-космической техники Самарского университета им. Королева.

Как отметил ученый, большинство разработанных в мире методов уборки космического мусора предполагают непосредственный контакт - стыковку или захват транспортируемого объекта гарпуном, сетью, тросом или роботизированным манипулятором. Однако все эти способы достаточно сложны и опасны, они могут привести к аварийному столкновению и появлению большого количества мелкого космического мусора. Бесконтактный метод более безопасен: аппарат-уборщик не вступает в прямой механический контакт с мусором, что снижает вероятность их столкновения. Кроме того, таким способом можно транспортировать быстро вращающиеся объекты, которые очень сложно захватить роботизированным манипулятором или космической сетью.

В вышедшей книге представлен широкий обзор исследований по теме бесконтактной уборки космического мусора. Ученые показывают, как самостоятельно разработать математические модели и провести компьютерное моделирование системы транспортировки, демонстрируют особенности колебаний космического мусора внутри ионного потока и предлагают различные законы и схемы управления космическим "дворником" для наиболее эффективного перемещения выбранных объектов. Несмотря на то что проектирование конструкции аппарата-уборщика не входило в задачи и планы авторов монографии, в книге описана и методика выбора проектных параметров космического аппарата.

"Конечно, аппарат должен быть автоматическим. Временные задержки не позволят оператору с Земли должным образом реагировать на изменение обстановки. Для генерации ионного потока космический аппарат должен быть оснащен электродинамическим ионным двигателем малой тяги, это может быть, например, коммерческий двигатель NEXT-С. В самой распространенной схеме нужно установить два таких двигателя, чтобы тяга создающего ионный поток двигателя компенсировалась противоположно направленным двигателем (в противном случае активный космический аппарат улетит от объекта космического мусора), - отметил Александр Ледков. - Мы придумали различные схемы управления ионным потоком, позволяющие повысить эффективность системы транспортировки, что в конечном итоге выражается в сокращении временных затрат и затрат топлива. Для реализации наиболее перспективной схемы ионный двигатель нужно установить на поворотную платформу, чтобы иметь возможность немного изменять направление ионного потока".

По мнению разработчиков, метод уборки с помощью ионного потока подойдет, прежде всего, для ликвидации крупных мусорных объектов.

"Весь космический мусор принято разделять на три группы: маленький (меньше сантиметра), средний (меньше 10 см) и крупный (более 10 см). Мы говорим об уборке крупных объектов: старых ступеней ракет и нефункционирующих спутников. Теоретически ионным потоком можно убрать и мелкий мусор, но это будет крайне неэффективно, поскольку большая часть частиц ионного потока пройдет мимо обдуваемого объекта, а полезную работу совершают только те частицы, которые столкнулись с поверхностью объекта и передали ему часть своего импульса. Все остальное потратится впустую", - подчеркнул ученый.

По оценкам экспертов, на различных орбитах в настоящее время может находиться около 130 миллионов объектов космического мусора размером менее 1 см, около 1 миллиона - до 10 см и свыше 30 тысяч объектов - размером более 10 см. Из-за высокой скорости движения даже самые малые (микроскопические) фрагменты мусора могут представлять опасность для космонавтов и космических аппаратов. Какой мусор нужно убирать в первую очередь? В 2021 году вышла совместная публикация 19 ученых из 13 университетов, в числе соавторов этой публикации - и профессор Владимир Асланов. Ученые разных стран сравнили результаты своих исследований и составили топ-50 наиболее опасных объектов космического мусора. Туда вошли ступени ракет и спутники массой 1,1-9 тонн. Можно смело брать любой объект из этого списка и с помощью монографии самарских ученых разрабатывать миссию по его уборке.

"Для успешной уборки мусор нужно "довести" до границы атмосферы Земли или до орбиты захоронения. Затем можно отправляться за следующим объектом. Выбор оптимальной последовательности облета объектов космического мусора - отдельная сложная задача. И конечно, сам аппарат-уборщик не должен стать космическим мусором. Его нужно будет уводить с орбиты вместе с последним запланированным к уборке объектом", - сказал Александр Ледков.

Как считают ученые, подобный космический "дворник" с ионными двигателями будет полезен не только на орбитальном "субботнике", но и в качестве некоего спасателя спутников, например, он сможет подкорректировать ионным потоком орбиту давно работающего космического аппарата, чтобы увеличить срок его службы. Или же решить задачу довыведения, когда спутник оказался выведенным на нерасчетную орбиту, - "спасатель" поможет сбившемуся с верного пути аппарату добраться до нужной орбиты.