Создание электромагнитной установки для очистки околоземной орбиты от космического мусора

Актуальность

О проблеме утилизации космического мусора в последнее время говорят всё чаще. По данным учёных, вокруг Земли вращается более 300 тысяч различных предметов разного размера, угрожающих сохранности искусственных спутников и космических аппаратов. И через 20–30 лет из-за столкновений летающих объектов прирост количества космического мусора превысит его снижение.

Эффективных способов решения проблемы учёные пока не нашли. Способы, существующие в теории, на практике не реализованы. Основные причины тому – дороговизна проектов либо их малая эффективность. Предлагаемый нами проект электромагнитной установки, по нашему мнению, позволит эффективно выполнять задачу утилизации космического мусора как с околоземной орбиты, так и с орбиты захоронения.

Цель

Создание проекта электромагнитной установки для утилизации космического мусора

Задачи

1. Изучить различные способы утилизации космического мусора.
2. Изучить влияние электромагнита на различные материалы, определить эффективность притяжения в отношении них.
3.  Исследовать возможность использования троса в условиях космоса.
4. Создать схему (чертёж) электромагнитной установки по утилизации космического мусора.
5. Создать модель установки.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Компьютер с программным обеспечением Blender 3D
• 3D-принтер

Описание

После анализа аналогичных исследований мы пришли к выводу, что они неэффективны, и разработали свою установку. За основу идеи установки по сбору мусора была взята детская игрушка – раскрывающийся шар.

Электромагнитная установка представляет собой спутниковую  систему с размещёнными на ней солнечными батареями, которая после вывода её на околоземную орбиту и достижения заданной высоты выпускает вертикально вниз трос, на конце которого находится в сложенном виде шар «Сфера Хобермана» с содержащейся внутри электромагнитной установкой (в работающем положении шар-сфера  «раскрывается» (раздвигается, увеличиваясь при этом в объёме примерно в 8–10 раз) и превращается в полый шар, состоящий из рёбер (каждое из которых представляет собой трубку из материала с высокой проводимостью тока). Крепление шара к электромагнитной установке в центре должно быть осуществлено при помощи нескольких гибких тросов (проводников тока) наподобие лучей, исходящих из центра.   

«Сфера Хобермана». Трансформация сферы происходит не только за счёт шарнирного соединения всех элементов в узлах, но и с помощью специальной конструкции самих элементов, которая позволяет им складываться.

Был разработан принцип действия электромагнитной установки: после завершения выпуска вертикально вниз троса с шаром, находящимся в сложенном состоянии, на определённую длину, шар  («Сфера Хобермана») «раскрывается», начинает работать электромагнит: по рёбрам сферы проходит электрический ток определённой силы, под действием которого магнит раскрывается, создавая переменное магнитное поле, в результате чего к конструкции сферы притягиваются элементы космического мусора, состоящие из материалов, относящихся к ферри- и ферромагнетикам и парамагнетикам (что возможно при выработке тока определённой силы).

При этом, как предполагается, элементы космического мусора должны будут, притягиваясь, концентрироваться как внутри сферы, так и снаружи, собирая большое количество разного по размеру и объему элементов (через указанные элементы (части космического мусора) также проходит ток и они в свою очередь начинают играть роль того же магнита).

Как предусмотрено, выработка тока, необходимого для использования электромагнитной установки, осуществляется при помощи солнечных батарей, размещённых на спутниковой системе.

При достижении определённой заданной массы «накопленных» электромагнитом элементов космического мусора спутник «уводит» трос с электромагнитом (с прикреплённым к нему космическим мусором) с орбиты.

После входа в плотные слои атмосферы Земли вся конструкция электромагнитной установки подлежит уничтожению: мусор мелких размеров сгорает, а крупные объекты, как предполагается, должны упасть в заданное спутником место (в нашем случае лучше всего было бы рассчитывать падение мусора в Тихий океан).

Результаты работы/выводы

1. Предлагаемые учёными способы утилизации космического мусора являются малоэффективными.

2. Электромагнит притягивает к себе как ферромагнетики (железо, никель, кобальт, некоторые редкоземельные металлы и множество разных сплавов), так и парамагнетики (алюминий, магний, платина, хром и другие) и может быть использован для сбора элементов космического мусора.

3. Космические тросовые системы активно изучаются, эффективно применяются в условиях космоса в различных системах и установках и могут служить основой для создания электромагнитной установки по утилизации космического мусора.

Перспективы использования результатов работы

Возможность создания прототипа спутника, обеспеченного необходимыми установками, благодаря которому можно будет решить проблему космического мусора на околоземной орбите.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

МАИ