Перспективы использования комбинированного метода очистки околоземного пространства от крупногабаритного космического мусора

Дpонь, НМ, Голубек, АВ, Дреус, АЮ, Дубовик, ЛГ
Косм. наука технол. 2019, 25 ;(6):61-70
https://doi.org/10.15407/knit2019.06.061
Язык публикации: Russian
Аннотация: 
Работа посвящена проблеме космического мусора, который представляет серьезную угрозу деятельности человека в околоземном космическом пространстве. Выполнен краткий обзор известных технических средств и технологий для удаления космического мусора с низких околоземных орбит. На сегодняшний день основными путями борьбы с техногенным засорением околоземного пространства является использование активных и пассивных методов увода космического мусора. Активные методы позволяют обеспечить увод объектов мусора в гарантированные сроки, однако требуют значительных энергетических затрат. Пассивные методы являются более экономичными, но процесс более продолжителен и может не удовлетворять требованиям международной конвенции по уменьшению космического мусора. В работе рассмотрен новый комбинированный подход к уводу крупногабаритного космического мусора в плотные слои атмосферы Земли, где он прекратит своё существование. Данный метод предполагает совместное использование активного средства — реактивной двигательной установки — и пассивного средства — аэродинамического парусного устройства. Представлена концепция использования комбинированного метода для очистки околоземного пространства, определена область эффективного его использования. Данная область составляет высоты от 700 до 2500 км в зависимости от баллистического коэффициента. В качестве критерия эффективности предложено рассматривать относительное отклонение массы компонентов топлива, необходимых для обеспечения увода. Показана целесообразность и перспективность применения комбинированного метода увода. Результаты работы представляют практический интерес для технико-экономического обоснования и разработки мероприятий по использованию комбинированного метода очистки низких околоземных орбит от элементов крупногабаритного космического мусора.
Ключевые слова: загрязнение околоземного пространства, комбинированный метод очистки, космический мусор
References: 
1. Golubek A. V., Dron N. M., Dubovik L. G., Poliakov N. V. (2018). Optimization of energy costs with combinedremoval of space debris objects from low near-earth orbits. Aviation technology and technology, 7 (151), 5—11 [in Russian].
2. Dron M. M, Dubovik L. G, Golubek O. V., Dreus A. Yu., et al. (2019). Systems of removal of space objects from low near-Earth orbits. Dnipro: LIRA [in Ukranian].
3. Dron N. М., Horolsky P. G., Dubovik L.G. (2014). Ways of reduction of technogenic pollution of the near-earth space. Scientific Bulletin of National Mining University, 3, 125—130 [in Russian].
4. Svorobin D. S., Fokov A. A., Khoroshylov S. V. (2018). Analysis of the feasibility of using an aerodynamic compensator for contactless removal of space debris. Aerospace engineering and technology, 6, 4—11.
5. Alpatov A., Khoroshylov S., Bombardelli C. (2018). Relative control of an ion beam shepherd satellite using the impulse compensation thruster. Acta Astronautica, 151, 543—554.
6. Bondarenko S., Dreus A., Lysenko K. (2018). The investigation of thermal and gas dynamic processes in the combustion chamber of the rocket engine using slurry fuel, Proc. of the Inst. of Mech. Eng., Part G: J. of Aerosp. Eng., 232(10), 1903—1910.
7. Byers M., Byers C. (2017). Toxic splash: Russian rocket stages dropped in Arctic waters raise health, environmental and legal concerns. Polar Record, 53(6), 580—591.
8. Chopra C., Chandra R. (2018). Small Satellite Deorbital System using Magnetic Field Controlled Plasma. SpaceOps Conferences. Marseille, France, 28 May — 1 June 2018.
9. Degtyarev A., Kushnar›ov O., Baranov E., Osinovyy G., Lysenko Y., Kaliapin M. (2018). Yuzhnoye State Design Office and Space Debris Removal. SpaceOps Conferences. Marseille, France, 28 May — 1 June 2018.
10. DeLuca L.T., Lavagna M., Maggi F., Tadini P., Pardini C., Anselmo L., Grassi M., Tancredi U., Francesconi A., Pavarin D., Branz F., Chiesa S., Viola N. (2014). Large Debris Removal Mission in LEO based on Hybrid Propulsion. The Journal of Aerospace Science, Technology and Systems, 93 (1/2), 51—58.
11. Dosogn e T., Beaumet G., Delmas F. (2018). SPOT 5 End-of-Life. SpaceOps Conferences. Marseille, France, 28 May — 1 June 2018.
12. Dron’ M., Golubek A., Dubovik L., Dreus A., Heti K. (2019). Analysis of ballistic aspects in the combined method for removing space objects from the nearearth orbits. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/5 (98).
13. Guerra G., Muresan A. C., Nordqvist K. G., Brissaud A., Naciri N., Luo L. (2017). Active Space Debris Removal System. Incas Bulletin, 9(2), 97—116.
14. Kelly P. W., Bevilacqua R., Mazal L., Erwin R. S. (2018). TugSat: Removing Space Debris from Geostationary Orbits Using Solar Sails. Journal of Spacecraft and Rockets, 55(2), 437—450.
15. Khoroshylov S. (2019). Out-of-plane relative control of an ion beam shepherd satellite using yaw attitude deviations. Acta Astronautica, 164, 254—261.
16. Labutkina T. V., Larin V. O., Belikov V. A. (2018). “Wornout net” model for analysis of conflicts in a multitude of orbital objects. Proc. 69th International Conference IAC- 18, A6.2. Bremen, Germany, 1—5 October.
17. Makihara K., Takahashi R. (2015). Survivability Evaluation of Electrodynamic Tethers Considering Dynamic Fracture in Space-Debris Impact. Journal of Spacecraft and Rockets, 53(1), 209—216.
18. Mej a-Kaiser M. (2010). Removal of hazardous space debris. Space Safety Regulations and Standards, 371—382.
19. Scharring S., Wilken J., Eckel H. A. (2016). Laserbased removal of irregularly shaped space debris. Optical Engineering, 56(1), 011007.
20. Schaub H., Jasper L. E., Anderson P. V., McKnight D. S. (2015). Cost and risk assessment for spacecraft operation decisions caused by the space debris environment. Acta Astronautica, 113, 66—79.
21. Shan M., Guo J., Gil E. (2016). Review and comparison of active space debris capturing and removal methods, Progress in Aerospace Sciences, 80, 18—32.
22. Trushlyakov V., Lempert D., Yuan-Jie Shu. (2017). Energetic Compositions Application for the Reduction of the Environmental Pollution Because of Space Vehicle Launches. Eurasian Chemico-Technological J., 19, 239—244.
23. W eedena B. C. (2016). The Evolution of U.S. National Policy for Addressing the Threat of Space Debris. Proc. 67 th International Astronautical Congress (IAC). Guadalajara, Mexico, 26—30 September 2016. IAC-16-A6.8.3.
24. Yemets V., Dron M., Yemets T., Kostrisyn O. (2015). The infinite Staging Rocket — A progress to Realization. Proc. 66th International Conference IAC-15, D2.7.7. Jerusalem, Israel, 12—16 October, 2015, 1—7.
25. Yemets V., Harkness P., Dron M., Pashkov A., Worral K., Middleton M. (2018). Autophage Engines: Toward a Throttleable Solid Motor. Journal of Spacecraft and Rockets, 55(4), 984—992.