МКС может получить лазер для отстрела космического мусора +18

image

Международная группа ученых сейчас ведет разработку лазерной установки для МКС. При помощи этой системы станция сможет избежать угрозы столкновения с крупным и мелким мусором, пишет «РИА Новости». О самой установке рассказал на заседании Совета РАН по космосу председатель экспертной группы Совета по космическим угрозам, член-корреспондент РАН Борис Шустов.

В настоящее время для того, чтобы избежать столкновения с космическим мусором, операторы МКС выполняют маневры уклонения. Они осуществляются при помощи двигателей как самой станции, так и пристыкованных к ней грузовых кораблей. Уклоняться от космического мусора приходится несколько раз в год.

От наиболее крупных и опасных фрагментов мусора МКС защитили, в частности, в 2014 году. Тогда орбиту станции подняли на километр — это было необходимо для того, чтобы избежать пересечения орбиты станции с расчетной траекторией фрагмента ступени европейской ракеты Ariane 5.

«На праздновании 60-летия первого спутника в Институте космических исследований прошло заседание рабочей группы, на котором ученые из Италии, Франции, Японии и России договорились, что будет образована международная кооперация. Все они будут думать над применением орбитальных лазеров, размещенных на МКС, чтобы избежать столкновений с малыми, в несколько сантиметров, но самыми многочисленными и поэтому самыми опасными обломками космического мусора», — рассказал Шустов.

И действительно, если крупные обломки каталогизированы, траектория их движения известна, то мелкие осколки с Земли не видны. Соответственно, столкнуться с МКС какие-то кусочки космического мусора могут в любой момент.


Повреждение иллюминатора в модуле «Купол». Диаметр повреждённой области около 7 мм

Такое уже случалось. Например, в 2016 году с иллюминатором модуля «Купол» столкнулся отслоившийся фрагмент краски или же маленький металлический фрагмент размером не более нескольких тысячных миллиметра. Тогда иллюминатор был немного поврежден. Но если бы осколок был покрупнее, то иллюминатор пострадал бы гораздо сильнее, и кто знает, чем это происшествие обернулось бы для обитателей МКС и самой станции.

Сама она движется по орбите со скоростью 7,66 км/с (27600 км/ч), так что любой обломок, летящий по другой орбите, может вызвать повреждение. Иллюминаторы станции диаметром 80 см и толщиной 10 см изготовлены из многослойного кварцевого и боросиликатного стекла, так что столкновения с микроскопически маленькими фрагментами не несут никакой угрозы. Но вот осколки покрупнее уже могут вызвать критические повреждения. Если же размер фрагмента будет превышать 10 см, то повреждения МКС будут очень тяжелыми. НАСА отслеживает в настоящее время около 500 000 различных фрагментов космического мусора.

Так что дополнительная защита МКС не помешает. «Сейчас в Японии и Европе серьезно обсуждаются проекты создания таких установок. Параметры лазеров, которые сейчас есть, как по средней мощности, так и по пиковой мощности достаточные для решения задачи по изменению орбиты небольших элементов космического мусора размером по 10 сантиметров и меньше», — сказал президент РАН Александр Сергеев.

По мнению специалистов, российские ученые могут способствовать уменьшению габаритов и технологической сложности орбитального лазера. Изначально идея создания такой системы принадлежала японским специалистам. Тогда они предложили конструкцию, которая предусматривала концентрацию энергии с 10 000 оптоволоконных каналов. Российские ученые уверены, что конструкцию лазера можно упростить. «Мы предложили коллегам уменьшить число каналов с 10 тысяч до 100 путем использования вместо оптоволокна так называемых тонких стержней, которые разрабатываются в нашем институте», — отметил Палашов.

Пока что ученые ведут работу в направлении создания самого лазера и платформы для размещения его на космическом аппарате. А вот интерфейс управления лазером — вопрос, который пока не затрагивается.

Отдельный аспект проблемы — мощность лазера и снабжение его нужным объемом электроэнергии. Для того, чтобы он работал, лазеру потребуется вся электроэнергия, вырабатываемая МКС. Специалисты, понимая, что станцию обесточить нельзя, ведь это лишает идею установки лазера всякого смысла, предлагают решения по снижению нагрузки на энергосистему. В частности, длительность выстрела можно ограничить десятью секундами. 200 секунд потребуется лазерной установке на перезарядку. Дальность стрельбы составит около 10 километров.

Масса лазера составит примерно 500 килограммов, а объем его — один-два кубических метра. Мощность лазера позволит попросту испарять космический мусор, который превратится в металлическое облако, состоящее из частиц такого размера, что они не будут представлять угрозу для МКС и других космических аппаратов.

Вы можете помочь и перевести немного средств на развитие сайта



Комментарии (67):

  1. striver
    /#10787199

    Пока они будут разрабатывать лазер, то уже не будет где его ставить, ибо МКС могут уже свести с орбиты.

    • NihtRaven
      /#10787253

      На замену выведут другую станцию. Да хоть Китайскую. И поставят на неё

      • striver
        /#10787337

        На замену уже планы на окололунную. А Китай не в списке разработчиков, даже если они и будут выводить свой «Мир» в ближайшее время, то они пока что сами по себе.

    • NewStahl
      /#10787257

      Ну поставят на другую станцию. Можно подумать, что полимеры просраны, технологии утеряны, магия не фурычит и запускать новую станцию после устаревания МКС никто не будет.

      • striver
        /#10787361

        Текущая МКС стоит в районе 100 миллиардов долларов США, новая станция — возле Луны. Магия даже в сетке не сфурычила, не факт что лазер сработает, нужно проводить эксперименты и испытания… уже на борту МКС, а не на Земле, при этом сейчас, даже на Земле нет в металле.

  2. Alexmaru
    /#10787205

    Накопление мощности, десятисекундный импульс. Добавить ещё генератор магнитного поля, который бы отклонял этот мусор, и сенсоры, чтобы генерировать это поле под каждый конкретный случай (я имею ввиду — полюса менять, чтобы не притянуть), и всё, корабль из стар-трека готов. Только искусственной гравитации не хватает…

  3. AndrewRo
    /#10787255 / +1

    10 км? Для летящего навстречу обломка это ж где-то 650 мс. Быстродействие лазера должно быть очень большим.
    Ещё интересно, как предполагается обнаруживать их.

    • DeggerZed
      /#10787281

      сейчас как-то обнаруживают, вопрос действительно интересный как?

    • t2ton
      /#10787295

      Я бы использовал тот же лазер, только нефокусированный, для зондировки пространства по направлению полета станции. Мощный луч светит вперед конусом или даже сканирует XY — отражение от осколков будет видно на камере с объективом. В случае сканирования можно узнать, при каком положении луча был получен отклик и уточнить положение, расстояние и траекторию. А потом уже сфокусированным пучком менять траекторию мусора.
      Основная проблема, я думаю, в скорости сканирования, которая должна быть намного выше относительных скоростей полета обломков.

      • AndrewRo
        /#10787325

        Тогда лазер должен работать постоянно. А это большой расход энергии.

        • t2ton
          /#10787335

          Было это в моей голове, но не написал почему-то. Тогда только сканирующий вариант — для него иметь большую мощность необязательно.

        • CrazyRoot
          /#10788289 / -1

          Зачем? Это же не атмосфера — потерь нет. Его можно будет вполне и на 0.0001% запускать. Другое дело если потенциальный «убийца» зайдет со стороны Солнца…

      • i_Max2
        /#10787835 / +2

        Мусор может прилететь и с боку, то есть не иолько по направлению полета станции.

    • untilx
      /#10787533

      Так 10 км наверняка только базовая дальность. Добавить пару треккомпов со скриптами на оптипал, хитсинки, тп, плюс бонус за скилл и доезжать от врека будут одни уши.

      • vesper-bot
        /#10787739

        Бонус за скилл подразумевает нейросеть, а где её обучать-то? На МКС энергии на лазер-то не хватает, а тут ещё видюхи придется греть.

        • untilx
          /#10788739

          Бонус за скилл подразумевает имплант и прямое подключение к мозгу через капсулу. Это была такая отсылка к Eve Online, где стрельба лазерами по обломкам так же имеет место.

    • CreFroD
      /#10788369 / +1

      Тоже об этом думал. Ведь 10 см осколок на расстоянии 10 км даёт необходимую угловую точность примерно в 0,0002 градуса. При этом у станции будет чуть меньше трёх секунд (в случае перпендикулярности орбит) на испарение куска. И все это время он должен будет отслеживать этот фрагмент с большой угловой точностью и скоростью.

    • Self_Perfection
      /#10788503 / +1

      Летящим навстречу обломкам взяться неоткуда. При выводе грузов на орбиту стараются использовать бесплатный бонус вращения Земли вокруг оси, ещё сильнее разгоняя в ту же сторону. Т.о. всё выведенное на неполярную орбиту Земли людьми летит примерно на восток.

      • remzalp
        /#10788635 / -1

        При разрушении от столкновения осколки будут лететь во все стороны, это уже бывало. Плюс разница скоростей может дать встречное движение, хотя двигаться будут примерно в одну сторону.

      • AlexRay
        /#10788909

        Обычно да, но ретроградные орбиты тоже используются, по разным причинам, хоть и сильно реже.

      • black_semargl
        /#10789801

        Навстречу — нет, но под углом в 45 градусов к курсу — уже вполне могут.

  4. IvanT
    /#10787285

    Хорошая новость. Может действительно начнут испарят мусор и со временем его поубавиться. Со временем можно наращивать мощности и в конечном итоге таки построить планетарную защиту, а не надеяться, что случайны астероид никогда не столкнётся с Землёй.

    Хуже другое — ввиду событий последних лет, как бы эти защитные лазеры вместо системы защиты станции (или Земли) не развились в системы наступательного вооружения, направленные вниз.

    • roscomtheend
      /#10787365

      Испарять нужно сверху (у тех, что покрупнее, которые нельзя целиком превратить в газ), чтобы выхлоп газа толкал обломки ближе к земле и они скорее сходили с орибты. Есть, правда, шанс направить на болтающиеся ниже спутники (не будет же обломок с огромным ускорением лететь, это больше на небольшой пинок похоже).

      • Zenitchik
        /#10787425 / +1

        Спереди, чтобы газ толкал их против скорости, и они сходили с орбиты.
        Толкать вниз — бесполезно.

        Есть, правда, шанс направить на болтающиеся ниже спутники

        Примерно нулевой.

      • GennPen
        /#10788049 / +1

        Боюсь спросить, но где в космосе верх/низ?

        • OldFisher
          /#10788215

          Думается, на околоземной орбите низ — это где-то приблизительно на центр вон той синей штуковины, закрывающей полнеба. Вот с «лево-право» уже немного сложнее, хотя при наличии вектора скорости как направления «вперёд» положение тоже не безнадёжное.

          • GennPen
            /#10788227 / -1

            Думается, на околоземной орбите низ — это где-то приблизительно на центр вон той синей штуковины, закрывающей полнеба
            А вдруг, если смотреть относительно Земли(ведь орбита околоземная), то верх находится со стороны северного полушария(как и на Земле)?

        • CrazyRoot
          /#10788293

          На какой части МКС написано пол — там значит низ

        • Zenitchik
          /#10788421 / +1

          «Вниз» — точнее -Z — это направление на Землю. Вперёд — -X — это перпендикуляр к вертикали в направление скорости. Y — соответственно

        • roscomtheend
          /#10788967

          Не бойтесь, спрашивайте. Гравитация ненулевая и низ — в прямо противоположном вектору гравитации направлении. Но, как меня поправили, токать нужно в противоположном вектору скорости направлении, хотя это и почти бесполезно (мелкий мусор раньше испраится, чем существенно затормозит, а крупный — пролетит мимо (или влетит в станцию) прежде, чем чуть изменит направление.

          • Zenitchik
            /#10789101

            мелкий мусор раньше испраится, чем существенно затормозит


            Это от размера не зависит. Наоборот, у мелкого мусора расход массы на торможения в абсолютных числах тоже будет маленьким (при равном числе Циолковского), соответственно, на его торможение уйдёт меньше энергии.

    • KivApple
      /#10788349

      Из-за атмосферы боевые космические лазеры ещё долго будут фантастикой… К тому же не с энергоресурсами МКС...

  5. Victor_koly
    /#10787383

    Обломок лазером испарить (то есть рассеять его массу в облако с большей площадью сечения). Чтобы отклонить обломок мощности никакой разумной не хватит. Если Вы конечно не впихнете в пучек диаметром 35 мм очень много мощности для стрельбы на 10 км.

    • Zenitchik
      /#10787431

      Если можно испарить — то отклонить тем более можно. За счёт асимметричного испарения.

      • Victor_koly
        /#10787709

        Проблема в том, что сила давления света маленькая — давление
        p ~ I/c — интенсивность, деленная на скорость света.
        Другое дело, что поток испаряющихся атомов/ионов действительно создаст заметную «силу тяги». А при испарении условного железного метеорита или оксида аллюминия явно будет большая температура вылетающего газа.
        Потобные эффекты могут быть и у кометы с оболочкой из водяного льда при приближении к Солнцу — как-то поток пара изменит немного траекторию.

        • Neuromantix
          /#10788341 / +1

          При попадании лазерного луча с энергией в пару сотен Дж в монету монета очень бодро улетает на другой конец комнаты, отброшенная отдачей плазмы. Более того — отдача плазмы сжимает металл мишени, если мишень закреплена — на этом основано лазерное упрочнение материалов.

          • Victor_koly
            /#10788389

            Согласен, что будет давление от плазмы.
            Но что-то мне кажется, что лазерное упрочнение использует не столь сильный нагрев. Нашел Гуглом такое скажем. Упрочняют таким нагревом, при котором поверхность металла не плавится.
            Ещё вот такую нашел работу с металлом:
            www.youtube.com/watch?v=89tkBrx4j_o

            • Neuromantix
              /#10788735

              Лазерная закалка и лазерное ударно-волновое упрочнение (лазерный наклеп) немного разные вещи. Вот статья.

              • Victor_koly
                /#10788787

                Да тут вообще очистка от того, что видимо легко испаряется (оксид железа «кипит» при температуре не почти на 900 градусов ниже, чем само железо).
                Про наклеп я тоже находил инфу. И наверное действительно, при попытке так «склепать» незакрепленный объект не очень большой массы указанной Вами энергией (несколько сот Дж) объект отскочит. Или у меня указана мощность — 10^3..10^4 Вт/см^2 или в конкретном случае 900 или 1300 Вт, потом указали варианты — 1, 2 или 3 кВт.
                Желающие могут оценить ещё идею — будем отклонять маленькие метеориты неравномерностью излучения АЧТ. Нагрели мы его (условно говоря полвину, но если точнее — там пучек скажем гауссовый) до температуры плавления, направляя луч под углом. А метеорит дает очень малую силу тяги за счет импульса этих тепловых фотонов, которых с места нагрева идет больше и они большей частоты (а значит и импульса). Сможет ли такая сила его отклонить хотя бы на 1 мм на 1000 км пути?

                • Neuromantix
                  /#10788871

                  А если прочитать заголовок, и докрутить статью до стр. 40 — там, внезапно, обнаруживается параграф про лазерный наклеп.

                  Последствия попадания лазерного луча в картонку
                  image

          • vesper-bot
            /#10788791

            С десяти километров эту пару сотен Дж ещё надо будет доставить, и в обломок попасть. Но этот метод пока что самый перспективный в том, что касается очистки космоса от мусора.

      • arheops
        /#10788447

        Чтоб отклонить — точность наведения на порядок больше надо. Испарить — мусор находится частично в пучке луча. Отклонить — пучок меньше размера мусора, а он 10см на 10 км.

        • black_semargl
          /#10789805

          Достаточно затормозить — и он сам отклонится вниз.

          • arheops
            /#10789811

            Затормозить лазером нереально на таких скоростях. Испарить проще. Он в пределах досягаемости будет меньше 10 секунд.

            • Zenitchik
              /#10789881 / +1

              Да ё-моё… Чтобы затормозить нужно испарить ЧАСТЬ массы. Очевидно же, что это легче, чем испарить целиком.

              • arheops
                /#10789897

                С чего бы это? В смысле этого лазера испарить — значит нагреть до температуры, при которой оно развалится.
                Можно посчитать.
                Теплоемкость железа 200-800. Температура кипения — 2 862. Итого около 2млн дж на кг.
                Скорость — 8км в секунду. Тоесть энергии в скорости около 64млн дж на кг.

                Отличие — на порядок.

                Понятно, что вам надо не до нуля затормозить. Но и нагреть тоже врятли все и врятли до 3к градусов.

                Часть вы не испарите, ибо время и малая точность лазера.

                • Zenitchik
                  /#10789917 / +1

                  Ещё раз: торможение происходит за счёт асимметричной абляции. При этом реактивной массой служит масса самого обломка. Наибольшая кинетическая энергия остатку обломка передаётся при испарении, ЕМНИП, 1/e его массы.
                  Вы уверены, что испарения 1/e массы достаточно, чтобы обломок развалился?

                  • arheops
                    /#10789927

                    Откуда взято 1/e? Сколько это? Выше вон прикидка, которая показывает, что испарения надо меньше.

                    Вопрос в том, получится ли у вас попадать лазером в одну и ту же сторону вращающегося обломка диаметром в 10см на расстоянии в 10км или нет.
                    Еще раз. Для испарения вам надо чтоб обломок был в проекции луча(не весь луч на обломке, только часть).

                    • Zenitchik
                      /#10789977 / +1

                      Откуда взято 1/e? Сколько это?

                      e — константа Эйлера.
                      Это я как-то рас считал, при каком расходе массы кинетическая энергия остатка становится наибольшей. Извините, восстанавливать расчёт не готов. Кроме того, я могу неправильно помнить (например — забыть квадрат) — считал давно. Суть в том, что расход массы ближе к 0,5, чем к 1.

                      Вопрос в том, получится ли у вас попадать лазером в одну и ту же сторону вращающегося обломка диаметром

                      Это не требуется.
                      Для торможения мне нужно, чтобы передняя (относительно его скорости) сторона обломка возгонялась быстрее, чем задняя. Это вполне может быть реализовано, если обломок в проекции луча. Догоняет ли он нас или летит на контркурсе. Если мы его догоняем, то, конечно, мы сможем его только ускорять.

                      Выше вон прикидка, которая показывает, что испарения надо меньше.

                      Прикидка не учитывает реакцию испарённого вещества.
                      Формула реактивного движения утверждает, что любое приращение скорости требует расхода массы меньшего, чем 100%.
                      Кроме того, вы почему-то предполагаете, что нам нужно изменить скорость на 8 км/с, тогда как для существенного изменения орбиты обломка достаточно 1 км/с, а может и меньше.

                  • arheops
                    /#10789937

                    Как только вы начнете тормозить обломок, его начнет непредсказуемо дергать. А у вас время прицеливания не нулевой и время до столкновения ограничено.
                    Логичнее накрыть обломок с запасом лучем(с учетом возможностей системы прицеливания).

                    Понятно, что в идеальном случае супер-точной системы нацеливания и неограниченной дальности и/или мощности проще его увести в сторону.

                • black_semargl
                  /#10791399

                  Лазер нагревает быстрее чем работает теплопроводность.

                  • arheops
                    /#10791421

                    Ну теплоемкость то никуда не девается. Теплоемкость это количество энергии для нагрева на 1 градус. У железа она прыгает туда-сюда от температуры, но я брал по максимуму.

                    • black_semargl
                      /#10791541

                      В смысле надо брать теплоёмкость не всего куска, а только тонкой плёнки со стороны лазера…

                    • Victor_koly
                      /#10791653

                      Температура кипения — 2 862


                      А ещё можете учесть, что такой условный кусок будет излучать на соседний слой как АЧТ. Правда и получать что-то будет от соседнего, но скажем между слоем температурой 2800 К и более далеким с температурой 2700 К будет какой-то перенос тепла.

  6. 2morrowMan
    /#10787511

    Сама она движется по орбите со скоростью 7,66 км/с

    В частности, длительность выстрела можно ограничить десятью секундами.

    Дальность стрельбы составит около 10 километров.

    Т.е. можно будет стрелять только по мусору, направление движения которого будет «совпадать» с МКС и он будет в течении 10 сек в радиусе 10 км?

    • striver
      /#10787539

      Мухобойка простив слона.

    • Victor_koly
      /#10788305

      Да, прицеливаться на космических скоростях сложно будет. Это Вам не «навести прицел на цель и выстрелить», как мог делать «Тысячелетний сокол».

  7. CreFroD
    /#10788375

    Думал о подобном устройстве для отстрела насекомых. Проблема в том, что у них не рассчитываются орбиты

    • DrZlodberg
      /#10791015

      Насекомые слишком медленные для электроники. На таком уровне их можно считать почти неподвижными. Да и траекторию они меняют достаточно медленно и не часто.

  8. Sabubu
    /#10788407

    Главное не забыть отключать лазер на время стыковок и на время выходов в космос.

  9. MockBeard
    /#10789015

    советский мирный трактор хахаха )

  10. yadowit
    /#10789587

    А как там насчёт конвенции по размещению разного оружия в космосе? А то сейчас лазер для мусора, а потом ещё для чего-нибудь.
    Есть мнение, что это всего-лишь повод, чтобы на законных основаниях и не особо шумя, милитаризовать космическое пространство. Примерно, как с интернет-блокировками под флагом "для защиты детей".

    • Zenitchik
      /#10789611

      Вроде, только наступательное (т.е. «космос-земля») запрещено.

      • yadowit
        /#10789637

        А космос-космос? Совершенно "случайно", можно ведь и спутник какой-нибудь угробить. И объяснить это — "отказом чего-нибудь".
        Короче говоря, не нравится мне эта идея.

        • Zenitchik
          /#10789709

          Гибель спутника — это не катастрофа.

      • Victor_koly
        /#10789647

        При указанном мною размере пучка 35 мм берем рентгеновский лазер (скажем длина волны 4 нм или в разы меньше). Можно будет как-то стрелять даже вниз, но с высоты 100 км все поглотится в более плотных слоях атмосферы — сильно рассеется все, что по энергии выше возбуждения 1s электронов азота или кислорода на уровни 2p.