Разработка и испытание высокочастотного инжектора ионов для сервисного космического аппарата, проектируемого для реализации бесконтактного увода объектов космического мусора с околоземных орбит

Краткая аннотация:

Проблема борьбы с космическим мусором приобрела в настоящее время исключительную актуальность, которая может быть сформулирована следующим образом: если в ближайшие десятилетия не будет осуществлен переход на новые технологии эксплуатации ракетно–космической техники с целью предотвращения образования объектов космического мусора (ОКМ), то через 50–60 лет уровень засорения околоземного космического пространства (ОКП) существенно затруднит дальнейшую космическую деятельность, что, в свою очередь, негативно повлияет на мировую экономику [1], [2]. По некоторым оценкам к январю 2019 года на околоземных орбитах находились около 34000 фрагментов ОКМ размером более 10 см в поперечнике, 900 тысяч фрагментов ОКМ размером от 1 см до 10 см и более 129 миллионов фрагментов ОКМ размером менее 1 см [3]. Особенно остро проблема техногенного засорения ОКП относится к области низких орбит и окрестности ГСО, поскольку ОКМ на высотах до 600 км входят в атмосферу Земли на протяжении нескольких лет, а объектам на высотах свыше 1000 км на это требуются века [4]. Высокие скорости движения ОКМ вокруг Земли создают реальную угрозу выводящимся на рабочие орбиты и уже функционирующим на них КА, в том числе и пилотируемым. По оценке специалистов, риск катастрофического столкновения космических кораблей типа Space Shuttle с ОКМ составлял порядка 1 к 300. Для космического телескопа Hubble Space Telescope риск составлял 1 к 185 из–за того, что рабочая орбита телескопа более заполнена ОКМ. Для Международной космической станции при вероятности столкновения 1 к 10000 астронавты выполняют маневр уклонения [5]. Результаты предварительного анализа возможности использования инжектора ионов для увода ОКМ с ГСО на орбиту захоронения показывают, что способ является перспективным решением проблемы засорения ГСО. Важным преимуществом данного способа является то, что увод осуществляется без механического контакта между сервисным КА и ОКМ, он более безопасен с точки зрения возможности столкновения обоих тел, отсутствуют проблемы стыковки сервисного КА с ОКМ, находящемся, в общем случае, в непредсказуемом движении относительно своего центра масс, а также не требуются роботизированные системы захвата ОКМ [6]. Для отработки метода увода ОКМ с помощью ионного пучка в НИИ ПМЭ МАИ был спроектирован, изготовлен и испытан высокочастотный инжектор ионов с диаметром пучка 160 мм. Основные исследования были направлены на обеспечение малой расходимости ионного пучка. С этой целью были проведены предварительные расчёты для определения оптимальной конфигурации электродов ИОС.