Группой ученых из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработан высокоточный оптический датчик для обнаружения и каталогизации космического мусора. Разработанный прибор способен определять размер элементов космического мусора, параметры орбит, по которым они вращаются, а также направление их движения по этим орбитам.
Проблема засорения космического пространства вышедшими из строя космическими аппаратами и их фрагментами, так называемым космическим мусором, появилась более полувека назад, практически сразу же после возникновения космонавтики. В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится около ста тысяч таких объектов. Это вышедшие из строя, но оставшиеся на орбите космические аппараты, фрагменты ракет-носителей и разгонных блоков, разнообразные болты, гайки, пружины, скобы, заглушки и прочие искусственные объекты, вращающиеся вокруг Земли с огромными скоростями порядка 10 километров в секунду. Столкновение функционирующего космического аппарата с любым из таких фрагментов почти всегда означает серьезное повреждение дорогостоящего спутника, а, скорее всего, его полный выход из строя (для этого часто достаточно уже сантиметрового обломка). Эта проблема, реальная уже сейчас, в дальнейшем, по мере расширения космической деятельности человека, будет становиться только острее.
Гарантировать целостность дорогостоящего космического аппарата можно только путем отслеживания орбит космического мусора и расчета вероятности их столкновения с аппаратом. Между тем, с Земли, с помощью радиотелескопов, можно наблюдать только сравнительно крупные обломки размером больше 10 см, а также скопления мелкой пыли. Для наблюдения промежуточных по размеру и наиболее распространенных фрагментов, размером от 1 см до 10 см, нужно смотреть за космическим мусором непосредственно из космоса. Именно на это способен разработанный в ФИАНе оптический датчик.
"Это небольшой телескоп с хорошей светосилой, то есть с высокой концентрацией световой энергии на элемент разрешения изображения, которое с его помощью можно получить. Этот прибор может регистрировать объекты, эквивалентные звездам 13-ой величины, то есть небольшие, очень слабо светящиеся источники, которые не видны оптическими и радио- телескопами с Земли", - объясняет принцип действия датчика руководитель работы, заведующий лабораторией рентгеновской астрономии Солнца, кандидат физ.-мат.наук Сергей Кузин.
Главное достоинство таких наблюдений заключается в их, так сказать, пассивности. Элементы космического мусора не нужно подсвечивать, это уже делает Солнце, и, значит, датчик может регистрировать практически все объекты, попадающие в поле его зрения. А так как фрагменты космического мусора, в отличие от звезд, во время экспозиции движутся, то на изображениях они будут видны не как неподвижные точки, а как линии. Это позволяет автоматически выделять треки космического мусора на фоне звезд.
"По размеру зарегистрированного трека и его яркости можно восстановить основные характеристики зарегистрированного объекта - параметры его орбиты, размер и даже расстояние до него. Конечно, все эти характеристики будут с какой-то погрешностью, потому что мы не знаем альбедо объекта, то есть его отражательную способность, а она будет разной, скажем, для куска алюминиевой обшивки и куска темной солнечной батареи. Однако эту точность можно существенно повысить за счет нескольких наблюдений одного объекта на разных орбитах. В конечном счете, в ходе первых 2-3 лет наблюдений можно создать достаточно полный каталог объектов с размерами от 1 до 10 см и, в дальнейшем, просто контролировать их орбиты и выдавать регулярный прогноз по риску их пересечения с орбитами действующих спутников. При хорошей организации работы такая система может функционировать почти полностью автоматически", - рассказывает Сергей Кузин.
Помимо обнаружения и каталогизации космического мусора у ФИАНовской разработки есть еще одна весьма полезная функция - определение текущей ориентации космических аппаратов, на которые он установлен. "Изображения звездного неба, которые регистрируют датчики, можно сравнивать с бортовыми каталогами звезд и тем самым определять точную ориентацию космического аппарата в пространстве в любой момент времени. Такая информация нужна для целого ряда задач - это астрофизические наблюдения, системы спутниковой связи и многое другое. Точность определения координат может достигать нескольких угловых секунд. Если космический аппарат должен выдерживать определенное направление в пространстве, то программное обеспечение датчика может определить текущий угол рассогласования и сформировать корректирующий сигнал для систем стабилизации спутника. Это очень перспективное направление", - говорит руководитель работы.
В настоящее время рассматривается возможность использования разработанного в ФИАНе датчика на ряде российских спутников, сообщается на сайте института.
Смотрите также:
