Η τροχιά κοντά στη Γη είναι γεμάτη από διαστημικά απορρίμματα. Περισσότερα από 14.000 κομμάτια σκουπιδιών, από μπουλόνια και παξιμάδια μέχρι νεκρούς δορυφόρους και κομμάτια πυραύλων, κινούνται με ταχύτητες μεγαλύτερες από σφαίρα, θέτοντας σε σοβαρό κίνδυνο δορυφόρους και τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, ο οποίος αναγκάζεται να πραγματοποιεί συνεχείς ελιγμούς για να αποφύγει τις συγκρούσεις.
Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, επιστήμονες και μηχανικοί έχουν προτείνει διάφορες λύσεις καθαρισμού της χαμηλής τροχιάς της Γης. Οι περισσότερες βασίζονται σε διαστημόπλοια που θα πιάσουν τα απορρίμματα με ρομποτικά χέρια, δίχτυα ή σχοινιά. Ωστόσο, το πρόβλημα είναι ότι τα περισσότερα κομμάτια είναι ανεξέλεγκτα περιστρεφόμενα, γεγονός που καθιστά επικίνδυνη την επαφή με αυτά.
Η πρόταση για χρήση κινητήρων ιόντων
Μια μη επαφική μέθοδος θα ήταν ασφαλέστερη και μια ιδέα είναι να χρησιμοποιηθεί η ώθηση από τον κινητήρα ιόντων ενός διαστημικού σκάφους για να επιβραδύνει τα κομμάτια των απορριμμάτων, ώστε να πέσουν αργά στην ατμόσφαιρα και να καούν με ασφάλεια.
Όμως, οι κινητήρες ιόντων είναι σχεδιασμένοι να σπρώχνουν το ίδιο το διαστημόπλοιο προς τα εμπρός. Αν στοχεύσουν την ώθηση τους στα σκουπίδια, θα σπρώξουν μακριά και το διαστημόπλοιο.
Η καινοτόμος λύση του Kazunori Takahashi
Ο Kazunori Takahashi από το Πανεπιστήμιο Tohoku στην Ιαπωνία πρότεινε μια λύση: αντί για έναν μόνο εκτοξευτήρα, το διαστημόπλοιο καθαρισμού θα έχει δύο εκτοξευτήρες ιοντικής ώσης σε αντίθετες κατευθύνσεις. Η ώθηση από τον έναν ακυρώνει αυτήν του άλλου, επιτρέποντας στο σκάφος να παραμένει σταθερό ενώ σπρώχνει τα απορρίμματα εκτός τροχιάς.
Πώς λειτουργεί το σύστημα διπλής εκτόξευσης πλάσματος
Το σύστημα αυτό ονομάζεται διπλής κατεύθυνσης εκτόξευσης πλάσματος χωρίς ηλεκτρόδια και χρησιμοποιεί αργό αντί για το πιο ακριβό ξένο, μειώνοντας το κόστος.
Η διαδικασία περιλαμβάνει ιονισμό του αερίου μέσα σε μια κοιλότητα με ηλεκτρόνια που δημιουργούνται από κάθοδο, και επιτάχυνση του πλάσματος μέσω ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Στο σύστημα του Takahashi, το πλάσμα διοχετεύεται και προς τις δύο πλευρές, επιτυγχάνοντας διπλή ώθηση.
Η ανάγκη για ισχυρότερη ώθηση και η καινοτομία στον σχεδιασμό
Η ώθηση από τους ιοντικούς κινητήρες είναι συνήθως μικρή, αλλά με τον χρόνο μπορεί να φτάσει σε επίπεδα που να απομακρύνουν αποτελεσματικά τα απορρίμματα. Για να απομακρυνθεί ένα κομμάτι διαστημικών σκουπιδιών 1 μέτρου και 1 τόνου μέσα σε 100 μέρες χρειάζεται συνεχή ώθηση 30 mN, μεγαλύτερη από αυτή που παρείχε ο ιοντικός κινητήρας της αποστολής Hayabusa2 της JAXA.
Το διπλής κατεύθυνσης σύστημα του Takahashi χρειάζεται περισσότερη ισχύ, της τάξης μερικών kilowatt. Για να αυξήσει την απόδοση, πρόσθεσε ένα μαγνητικό κροσάρισμα που περιορίζει τις απώλειες πλάσματος προς τα τοιχώματα και αυξάνει την ώθηση.
Σε εργαστηριακά πειράματα με συνθήκες κενού παρόμοιες με το διάστημα, ο Takahashi πέτυχε ώθηση 25 mN, τριπλάσια από προηγούμενα πειράματα.
Η σημασία για την αποφυγή του συνδρόμου Kessler
Η τεχνολογία στοχεύει κυρίως στην απομάκρυνση μεγάλων κομματιών σκουπιδιών, που είναι τα πιο επικίνδυνα για την πρόκληση της λεγόμενης συνδρόμου Kessler, όπου συγκρούσεις πολλών κομματιών δημιουργούν αλυσιδωτές αντιδράσεις που καθιστούν απροσπέλαστη τη χαμηλή τροχιά.
Η απομάκρυνση των διαστημικών απορριμμάτων είναι κρίσιμη για να διατηρηθεί η πρόσβαση του ανθρώπου στο διάστημα και η έρευνα του Takahashi δημοσιεύτηκε στο Scientific Reports στις 20 Αυγούστου.