Идея использовать электромагнитные силы и взаимодействие с магнитным полем Земли для создания тяги в космосе — не нова. На протяжении XX века об этом не раз писали фантасты. А вот примеры практического решения данной задачи — большая редкость.
Этим занимается американская компания Tethers Unlimited, основанная в 1994 году докторами наук Робертом Хойтом и (Robert Hoyt) и Робертом Форвардом (Robert Forward).
Нельзя сказать, что это единственная компания или лаборатория, что работает в данной области, но, пожалуй, одна из немногих, доведших старую идею до реализации в металле.
В прошлом году фирма получила грант в размере $1,5 миллиона от NASA, а в этом году — $230 тысяч от научно-исследовательского агентства Пентагона DARPA.
Оба гранта связаны именно с работами по электромагнитным привязям, хотя это — не единственное направление работы компании.
Итак, идея в сыром виде — если спустить со спутника электропроводящий трос, то он будет пересекать линии магнитного поля планеты, и в этом кабеле будет наводиться ток.
Взаимодействие тока с полем приведёт к созданию силы, действующей на трос. Эта сила будет тормозить спутник и понижать его орбиту. Без всяких затрат топлива или энергии.
Если, напротив, затратить электроэнергию и направить ток в кабеле в другую сторону — возникшая сила будет поднимать орбиту аппарата.
Американскую компанию пока больше волнует первый вариант работы системы. И вот почему.
Проблема замусоривания космоса отслужившими спутниками — очень остра. Если мы хотим принудительно свести с орбиты спутник — мы должны встроить в него двигатель и оставить для этой операции запас топлива.
На всё это требуется от 5% до 20% массы спутника, что увеличивает и его цену, и вес, и стоимость запуска.
А ведь ещё встаёт вопрос надёжности такой системы, которую нужно будет привести в действие после 5-10 лет работы аппарата на орбите.
Решение этой задачи от Tethers Unlimited — это намного меньшая стоимость, 1% от массы спутника и исключительная надёжность.
Называется данная штуковина «Привязь терминатора» (Terminator Tether).
Это катушка с тонким кабелем длиной 5 километров, минимум электроники и замок.
Пока спутник работает, система просыпается время от времени для тестирования электроники и проверки «статуса» спутника. Как только сигнал на уничтожение принят, кабель разматывается.
Анод (он же — коллектор), расположенный на верхнем конце кабеля, вблизи спутника, собирает электроны из ионосферы Земли, а катод (эмиттер), на нижнем конце кабеля — выбрасывает их обратно.
Так как ионосфера электропроводна, цепь замыкается, и по кабелю течёт непрерывный ток в одном направлении.
Сила, действующая на кабель, стаскивает спутник с орбиты довольно быстро, и он сгорает в атмосфере.
Так, для спутника, летающего на высоте 775 километров, время естественного ухода с орбиты составляет примерно 100 лет, а с использованием «Привязи терминатора» — 11 дней.
В случае со спутником на высоте 1400 километров эта разница ещё более внушительна — 9 тысяч лет и 37 дней.
И всё это — без затрат топлива или электричества, что очень важно. Не только в смысле экономии массы аппарата или денег.
«Привязь терминатора» должна надёжно сработать даже при отказе большинства систем спутника и потери им ориентации, а также — электропитания.
Включение ракетной установки увода с орбиты в таких условиях было бы невозможным.
Пока Terminator Tether лишь проходит наземные испытания, об установке на конкретные спутники ничего не сообщается.
Но зато недавно катушку-терминатор проверили, пусть и ограниченно, в условиях искусственной невесомости — на борту лайнера, летящего по параболе.
Внешне — всё, вроде, просто. Но почему же такие системы не нашли применения? На самом деле создать такую надёжную катушку — непросто.
Тут нужно решать и проблему лёгкого разматывания столь длинного кабеля, и сам кабель должен выдерживать приличное напряжение. Кроме того, нужно, чтобы система спокойно переваривала колебания, возникающие в длинном кабеле.
Насколько эти проблемы преодолели авторы «Привязи терминатора» — покажет время.
А дальше открываются ещё более заманчивые перспективы. Как мы уже сказали, если использовать бортовой источник энергии, можно не только тормозить, но и разгонять спутник, произвольно меняя его орбиту.
Это может оказаться надёжным и эффективным решением для управления орбитой исследовательских аппаратов, вращающихся не только вокруг Земли, но и вокруг любой другой планеты с магнитным полем — например, Юпитера.
