В качестве образца космического мусора для расчетов и моделирования был взят типовой спутник связи Starlink компании Илона Маска SpaceX. Ученые получили финансовую поддержку Российского научного фонда. Один из авторов научной работы - студентка Института авиационной и ракетно-космической техники Александра Николаева получила медаль и премию Российской академии наук.
- После окончания срока активного существования малые космические аппараты становятся неуправляемым космическим мусором, опасным для других объектов на орбите из-за угрозы столкновения с ним. Разработано много способов уборки мусора, и некоторые из них предполагают буксировку спутника с орбиты с помощью различных тросовых систем. Однако эти способы, как правило, не учитывают, что спутник, двигаясь по орбите, выходит из тени Земли и попадает под лучи Солнца. В это время он получает температурный удар, из-за которого может сорваться с тросовой системы буксировщика, и его придется вновь ловить и цеплять, что потребует дополнительных затрат времени и энергии, - рассказала Александра Николаева.
Когда спутник находится в тени Земли, температура его корпуса может опускаться до весьма низких температур - например, до 150 градусов Цельсия ниже нуля. Солнечные лучи могут нагреть спутник до 150 градусов выше нуля. Резкий перепад температур деформирует элементы космического аппарата. Из-за этой деформации спутник срывается с "крючка" мусороуборщика.
Для проведения численного моделирования авторы исследования использовали основные характеристики типового спутника Starlink массой 260 килограммов. У него всего лишь одна панель солнечных батарей общей массой 75 килограммов. Но выяснилось, что максимальное значение возмущающего момента из-за температурного удара для такого спутника может достигать примерно 50 ньютон-метров - это примерно как если бы на край солнечной панели длиной метр внезапно положили груз массой пять килограммов, - "выкрутасы" спутника на орбите после этого обеспечены.
- Авторы исследования рассчитали поведение спутника, подвергающегося температурному удару. Были получены зависимости возмущающего момента и оценено возникающее из-за этого возмущения угловое ускорение. Такое возмущение просто необходимо учитывать при транспортировке космического мусора тросовыми системами, и результаты работы, безусловно, пригодятся при проектировании эффективных систем уборки космического мусора, - отметил профессор кафедры теоретической механики и кафедры космического машиностроения вуза Андрей Седельников. .