Środki czyszczące orbitalne
„Kto jest właścicielem przestrzeni, ten jest właścicielem świata”.
To zdanie, wypowiedziane przez amerykańskiego prezydenta Lyndona B. Johnsona na początku lat 60. XX wieku, jest bardziej aktualne niż kiedykolwiek w naszych czasach.
Obecnie sztuczne satelity Ziemi (AES) odgrywają kluczową rolę w rozpoznaniu optycznym i radarowym, a także w zapewnianiu globalnej łączności cyfrowej. W poprzednich artykułach rozważaliśmy wykorzystanie sprzętu rozpoznania kosmosu do wykrywania lotniskowców i okrętowych grup uderzeniowych (AUG/KUG)a także wykorzystanie technologii cywilnych do radykalnego obniżenia kosztów satelitów do aktywnego rozpoznania radarowego.
Zróbmy małą dygresję do tematu satelitów rozpoznawczych. W niedawno opublikowanym artykule Perspektywy systemów radarowych na nanosatelitach rozważana jest możliwość tworzenia konstelacji satelitarnych teledetekcji w oparciu o satelity małogabarytowe - cubesaty, ze stacjami radarowymi pracującymi w trybie syntezy apertury.
Co więcej, w samych satelitach rozpoznawczych mogą być instalowane tylko odbiorniki, a jako nadajniki wykorzystywane są istniejące źródła. W szczególności nadajniki systemów komunikacji satelitarnej mogą działać jako źródła. Jednocześnie im więcej odbiorników satelitarnych, tym mniejsza moc promieniowania może być wykorzystana, ponieważ sygnał z kilku odbiorników zostanie scalony, co zwiększy stosunek sygnału do szumu odpowiednią ilość razy.
Ta możliwość prowadzi nas z powrotem do globalnego projektu internetowego Starlink firmy SpaceX. Biorąc pod uwagę liczbę satelitów Starlink, mogą one równie dobrze służyć jako aktywna część sieci satelitów rozpoznawczych do sondowania radarów Ziemi. Co więcej, wcale nie jest wykluczone, że sam SpaseX podejmie później ten projekt w ramach jakiegoś warunkowego projektu StarEye realizowanego w interesie użytkowników wojskowych i/lub cywilnych.
W dłuższej perspektywie będą się rozwijać systemy orbitalne przestrzeń-powierzchnia zdolne do przeprowadzania ataków na stacjonarne, głęboko osadzone cele naziemne, a później ruchomych celów na lądzie, wodzie iw powietrzu.
Koncepcja orbitalnej platformy uderzeniowej
Nie mniej interesujące i znacznie bardziej niebezpieczne jest wdrożenie orbitalnych systemów obrony przeciwrakietowej, potencjalnie zdolnych do przechwycenia tysięcy głowic.
Jak wspomnieliśmy w poprzednim artykule, Zadanie obrony przeciwrakietowej jest pod wieloma względami podobne do zadania niszczenia wrogich statków kosmicznych. A jego rozwiązanie za pomocą antyrakiet jest nieefektywne pod względem kosztów / efektywności.
Istnieją jednak inne sposoby niszczenia wrogich statków kosmicznych - jest to użycie broń klasa przestrzeń-kosmos.
Doświadczenia sowieckie
W przeciwieństwie do Stanów Zjednoczonych, które uważają antyrakiety za broń priorytetową, Związek Radziecki polegał na satelitach bojowych.
Od początku lat 60. XX wieku siły obrony powietrznej ZSRR zaczęły rozwijać program „Myśliwiec satelitarny” (IS). I już w 1963 roku pierwszy na świecie satelita manewrowy został wystrzelony w kosmos - statek kosmiczny (SC) „Lot-1”. A w 1964 roku statek kosmiczny Polet-2 został wysłany w kosmos.
KA „Polyot-1”
Statek kosmiczny z serii Poljot mógł zmieniać wysokość i nachylenie orbity w szerokim zakresie. Teoretycznie zapas paliwa pozwolił im polecieć nawet na Księżyc.
Naprowadzanie statków kosmicznych serii Poljot na wrogie sztuczne satelity odbywało się z naziemnego punktu kontrolno-pomiarowego na podstawie danych radarowych i optycznych punktów obserwacyjnych. Sam IS był również wyposażony w głowicę naprowadzającą radar (RL GOS).
Od 1973 roku system IP jest dopuszczony do eksploatacji próbnej. Przechwytywanie wrogich satelitów mogło odbywać się na wysokościach od 100 do 1 kilometrów.
Od tego czasu satelity zostały zmodernizowane. Dodano głowicę naprowadzającą na podczerwień (poszukiwacz IR). Satelity zostały wyniesione na orbitę przez pojazdy nośne (LV) „Cyclone”. Zaawansowany system antysatelitarny otrzymał oznaczenie „IS-M”. W sumie do 1982 roku na orbitę wystrzelono 20 myśliwców satelitarnych i porównywalną liczbę satelitów docelowych.
Szeregowy statek kosmiczny systemu IS-M
Temat „myśliwców satelitarnych” nie został porzucony również w Rosji. Okresowo pojawiają się informacje o „satelitach-inspektorach” - statkach kosmicznych zdolnych do aktywnego manewrowania w kosmosie, zbliżających się do sztucznych satelitów wroga w celu „inspekcji”. Takie satelity inspektorskie obejmują statki kosmiczne Cosmos-2491 i Cosmos-2504 wystrzelone odpowiednio w 2013 i 2015 roku.
Nowszy jest statek kosmiczny „Cosmos-2519”. Zakłada się, że statek kosmiczny Kosmos-2519 może być wykonany na platformie Karat-200 (opracowanej przez NPO Lavochkin), zdolnej do działania na orbitach - aż do geostacjonarnej.
Obraz satelity na platformie „Karat-200”
W lipcu 2020 roku agencja informacyjna Interfax ogłosiła pomyślne testy kolejnego satelity inspektora. A w styczniu 2020 roku rosyjski satelita inspektor Cosmos-2543 zbliżył się do amerykańskiego satelity rozpoznawczego na odległość około 150 kilometrów. Następnie amerykański satelita dostosował swoją orbitę.
Zadania rozwiązywane na orbicie przez „inspektorów satelitów” są tajne. Zakłada się, że mogą odczytywać informacje wywiadowcze z wrogich satelitów, zakłócać sygnały lub w inny sposób zakłócać ich pracę. I wreszcie, samo prawdopodobieństwo aktywnego manewrowania na orbicie wskazuje na możliwość zniszczenia wrogiego statku kosmicznego przez taranowanie - samozniszczenie „satelity inspektora”.
Zagraniczne odpowiedniki
Podobne systemy tworzą nasi „partnerzy” – Stany Zjednoczone i Chiny.
Stany Zjednoczone wystrzeliły w 2006 roku dwa małe satelity MiTEX w celu potajemnego spotkania z obiektami na orbicie geostacjonarnej.
Obraz satelity MiTEX z akceleratorem
W Chinach przeprowadzono eksperymenty mające na celu spotkanie z satelitami i przetestowanie ramienia robota na pojazdach Chuang Xin 3 (CX-3), Shiyan 7 (SY-7) i Shijian 15 (SJ-15). Oficjalnie celem tych statków kosmicznych jest usuwanie kosmicznych śmieci.
Chuang Xin 3 (CX-3) i Shiyan 7 (SY-7)
W 2010 roku dwa chińskie statki kosmiczne SJ-6F i SJ-12 celowo zderzyły się ze sobą. Z dużym prawdopodobieństwem był to test możliwości ich wykorzystania jako broni kosmicznej.
Jednak wszystkie projekty państwowe mają jedną charakterystyczną cechę - produkty powstające w ich ramach są niezwykle drogie. Biorąc pod uwagę, że obiecujące zgrupowania wywiadowcze i komunikacyjne można budować w oparciu o znacznie tańsze rozwiązania komercyjne, takie podejście jest nie do przyjęcia.
Jeśli zabójczy satelita kosztuje więcej niż satelita lub statek kosmiczny, w który uderza, przywrócenie konstelacji satelitów będzie tańsze niż jej zniszczenie.
Jedną z opcji rozwiązania tego problemu jest użycie komercyjnego statku kosmicznego przeznaczonego do deorbitacji śmieci kosmicznych w celu zniszczenia wrogich satelitów.
Teoretycznie problem sprzątania kosmicznych śmieci sam w sobie może stać się istotny ze względu na gwałtowny wzrost liczby satelitów na niskich orbitach, a także ich nieplanowaną awarię z utratą możliwości wymuszonego deorbitacji i/lub zniszczenia na małe paprochy.
Wizualizacja wzrostu ilości śmieci na orbicie od 1957 do 2015 roku.
Czysta przestrzeń
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) współpracuje ze start-upem ClearSpace w celu zaprojektowania czterech robotycznych kończyn do usuwania kosmicznych śmieci.
Planuje się, że w ramach pierwszej misji testowej statek kosmiczny ClearSpace-1 zdeorbituje z orbity około 600-kilogramowej rakiety nośnej Vega na wysokości 800–100 km.
Schemat działania statku kosmicznego ClearSpace-1
Prezentacja ClearSpace-1
Sonda ClearSpace-1 uchwyci zużytą scenę za pomocą robotycznych ramion, po czym spłonie wraz z nią w atmosferze. W przyszłości planowane są bardziej złożone misje, w których ClearSpace-1 będzie próbował uchwycić i zniszczyć kilka fragmentów kosmicznych śmieci na raz.
UsuńDEBRIS
W brytyjskim projekcie RemoveDEBRIS, rozwijanym przez Surrey Satellite Technology i University of Surrey, planowane jest przechwytywanie śmieci kosmicznych za pomocą sieci lub harpuna zdolnego do penetracji kadłuba statku kosmicznego.
Koncepcja pracy statku kosmicznego RemoveDEBRIS
W 2018 r. firma RemoveDEBRIS zademonstrowała możliwość wykorzystania sieci do przechwytywania obiektów. A w 2019 roku oddano próbny strzał harpunem w symulator celu. Statek kosmiczny RemoveDEBRIS został wysłany z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
Zakłada się, że sonda RemoveDEBRIS będzie w stanie po kolei zebrać kilka obiektów i zejść z orbity, spalając się wraz z nimi w atmosferze.
Astroscale Holdings Inc.
Założona w 2013 roku japońska firma Astroscale Holdings Inc. opracowuje projekt satelity manewrującego do sprzątania kosmicznych śmieci.
Pierwszy eksperymentalny start powinien zostać przeprowadzony przez rakietę nośną Sojuz z kosmodromu Bajkonur w marcu 2021 roku. Doświadczony satelita firmy Astroscale Holdings Inc., mierzący 110x60 centymetrów i ważący 175 kilogramów, będzie musiał zebrać imitację szczątków, a następnie wejść w ziemską atmosferę i spalić się wraz z nią.
AES z Astroscale Holdings Inc.
Z cywilnych, choć nie komercyjnych, statków kosmicznych możemy przypomnieć sobie japońskie sondy Hayabusa-1 i Hayabusa-2.
Te statki kosmiczne nie są przeznaczone do sprzątania kosmicznych śmieci, ale do zbliżania się do asteroid, lądowania na nich kontrolowanego modułu, wydobywania gleby i jej późniejszego dostarczania na Ziemię.
Należy również zauważyć, że statek kosmiczny Hayabusa-2 został wyposażony w moduł Small Carry-on Impactor (SCI), który w rzeczywistości jest amunicją działającą na zasadzie „rdzenia uderzeniowego”. Zasadniczo Japonia przetestowała broń konwencjonalną w kosmosie - w przyszłości „rdzeń uderzeniowy” może równie dobrze zostać wykorzystany do celów wojskowych.
Zdjęcie statku kosmicznego typu Hayabusa
Moduł SCI i obraz ataku asteroidy przez rdzeń uderzeniowy
odkrycia
Tematyka komercyjnych statków kosmicznych rozwijanych w celu deorbitacji śmieci kosmicznych nie ogranicza się do powyższych projektów.
Startupów i projektów w tym obszarze jest znacznie więcej.
Podobne projekty są realizowane w Rosji. Jednak rozwijają je struktury państwowe - State Corporation „Roscosmos”, JSC „Russian Space Systems”. Nie można więc oczekiwać od nich niskich cen. W najlepszym przypadku rozwój na nich będzie poszukiwany w obiecujących satelitach „Kosmos”.
Infografiki na temat rosyjskiego satelity do przetwarzania i usuwania śmieci kosmicznych - plany są oczywiście imponujące.
Podobnie jak w przypadku satelitów komunikacyjnych Starlink i satelitów teledetekcji Ziemi firmy Capella Space, można się spodziewać, że projektami czyścicieli orbit zainteresują się także wojska.
W rzeczywistości w ramach tworzenia orbitalnych środków czyszczących opracowywane są wszystkie technologie do rozwiązywania zadań uderzania w wrogie statki kosmiczne i satelity, w tym:
- wykrywanie celu;
- wyjście do jej statku kosmicznego;
- manewrowanie i zbliżanie się do celu;
- ostrzeliwanie celu (przechwytywanie);
- zniszczenie celu przez przebicie się lub wygięcie z orbity.
W związku z tym komercyjne pojazdy do sprzątania kosmicznych śmieci lub manewrowania sondami badawczymi mogą równie dobrze służyć jako broń antysatelitarna.
Pozostaje kwestia ceny.
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli mówimy o deorbitacji śmieci kosmicznych, a nie o ich wtórnym wykorzystaniu (poprzez przetwarzanie na orbicie lub zejście na ziemię w przedziale ładunkowym wahadłowca), to takie przedsięwzięcia nie przyniosą zysku. Można dostać grant, opanować go, budując statek kosmiczny do zbierania szczątków z orbity, ale raczej nie zostanie to skomercjalizowane – altruistów na Zachodzie jest niewielu. Jest mało prawdopodobne, aby samo czyszczenie orbity było systematycznie opłacane przez agencje kosmiczne - na przykład jednorazowe zamówienia.
Ale wojsko może być zainteresowane najciekawszymi projektami. A po odrobinie udoskonalenia zdobądź skuteczną i niedrogą broń antysatelitarną. Ich rozwój, testowanie, a nawet rozmieszczenie może odbywać się pod hasłem oczyszczenia orbity z kosmicznych śmieci.
Ale w rzeczywistości rozmieszczenie broni kosmicznej zostanie zorganizowane?
informacja