Tažné paprsky inspirované sci-fi jsou skutečné a mohly by vyřešit hrozící problém vesmírného smetí
Ve sci-fi filmech nic nevyvolává napětí tak, jako když se vesmírná loď hodných hochů zachytí v neviditelném vlečném paprsku, který umožňuje padouchům, aby je pomalu navíjeli. Ale to, co bylo kdysi jen sci-fi, se brzy mohlo stát realitou.
Vědci vyvíjejí skutečný vlečný paprsek, nazývaný elektrostatický traktor. Tento vlečný paprsek by však nenasával bezmocné piloty hvězdných lodí. Místo toho by použil elektrostatickou přitažlivost k pošťuchování nebezpečného vesmírné smetí bezpečně mimo oběžnou dráhu Země.
Věda tam do značné míry je, ale financování ne.
Elektrostatický vlečný paprsek by potenciálně mohl tento problém zmírnit bezpečným přesunem mrtvých satelitů daleko z oběžné dráhy Země, kde by se neškodně unášely na věčnost.
Zatímco vlečný paprsek by problém vesmírného smetí úplně nevyřešil, koncept má několik výhod oproti jiným navrhovaným metodám odstraňování vesmírného odpadu, což by z něj mohlo udělat cenný nástroj pro řešení tohoto problému, uvedli odborníci pro Live Science.
Související: 11 sci-fi konceptů, které jsou možné (teoreticky)
Prototyp by mohl stát miliony a provozní verze v plném měřítku ještě více. Ale pokud se podaří překonat finanční překážky, vlečný paprsek by mohl být funkční do deseti let, říkají jeho stavitelé.
„Věda je tam do značné míry, ale financování ne,“ výzkumník projektu Šampionka Kayleedoktorand na katedře věd leteckého inženýrství na University of Colorado Boulder (CU Boulder), řekl Live Science.
Vyhýbání se katastrofě
Vlečné paprsky zobrazené ve „Star Wars“ a „Star Trek“ nasávají kosmické lodě prostřednictvím umělé gravitace nebo nejednoznačného „energetického pole.“ Taková technologie je pravděpodobně nad rámec všeho, čeho by kdy lidé dosáhli. Ale koncept inspiroval Hanspeter Schaubprofesor leteckého inženýrství na CU Boulder, aby konceptualizoval realističtější verzi.
Schaub poprvé dostal nápad poté první velká srážka satelitů v roce 2009když aktivní komunikační satelit Iridium 33 narazil do zaniklé ruské vojenské kosmické lodi Kosmos 2251, rozptýlení více než 1800 kusů trosek na oběžnou dráhu Země.
Související: Kolik satelitů obíhá Zemi?
Po této katastrofě chtěl Schaub být schopen zabránit tomu, aby se to opakovalo. Aby toho dosáhl, uvědomil si, že byste mohli vytáhnout vesmírné lodě z cesty pomocí přitažlivosti mezi kladně a záporně nabitými objekty, aby se „slepily“ dohromady.
Během příštího desetiletí Schaub a kolegové tento koncept zdokonalili. Nyní doufají, že to jednoho dne bude možné použít k přesunu mrtvých satelitů ven geostacionární oběžná dráha (GEO) — oběžná dráha kolem zemského rovníku, kde rychlost objektu odpovídá rotaci planety, takže se zdá, že objekt je upevněn na místě nad určitým bodem na Zemi. To by pak uvolnilo prostor pro další objekty v GEO, které je považováno za „hlavní nemovitost“ pro satelity, řekl Schaub.
Jak to funguje?
Elektrostatický traktor by používal servisní kosmickou loď vybavenou elektronovým dělem, které by vypálilo záporně nabité elektrony na mrtvý cílový satelit, řekl Champion Live Science. Elektrony by daly cíli záporný náboj, zatímco by obslužnému pracovníkovi zůstaly kladné náboje. Elektrostatická přitažlivost mezi nimi by je udržela v uzamčeném stavu, přestože by je od sebe dělilo 20 až 30 metrů prázdného prostoru, řekla.
Jakmile jsou obslužný a cíl „přilepený k sobě“, obsluhovač by byl schopen vytáhnout cíl z oběžné dráhy, aniž by se ho dotkl. V ideálním případě by byl nefunkční satelit vytažen na „hřbitovskou dráhu“ vzdálenější od Země, kde by mohl bezpečně unášet navždy, řekl Champion.
Související: 15 nejpodivnějších věcí, které jsme vypustili do vesmíru
Elektrostatická přitažlivost mezi těmito dvěma kosmickými loděmi by byla extrémně slabá, kvůli omezením v technologii elektronových děl a vzdálenosti, o kterou by obě musely být odděleny, aby se zabránilo srážkám, říká výzkumník projektu. Julian Hammerldoktorand na CU Boulder, řekl Live Science. Obsluha by se tedy musela pohybovat velmi pomalu a úplné přesunutí jediného satelitu z GEO by mohlo trvat déle než měsíc, dodal.
To je na hony vzdáleno filmovým vlečným paprskům, které jsou nevyhnutelné a rychle se svíjejí ve své kořisti. To je „hlavní rozdíl mezi sci-fi a realitou,“ řekl Hammerl.
Výhody a omezení
Elektrostatický traktor by měl jednu velkou výhodu oproti jiným navrhovaným metodám odstraňování vesmírného smetí, jako jsou harpuny, obří sítě a fyzické dokovací systémy: byl by zcela bezdotykový.
„Máte tyto velké, mrtvé kosmické lodě o velikosti školního autobusu, které rotují opravdu rychle,“ řekl Hammerl. „Pokud střílíte harpunou, používáte velkou síť nebo se s nimi pokoušíte zakotvit, pak fyzický kontakt může poškodit kosmickou loď a pak problém (vesmírného odpadu) jen zhoršíte.“
Vědci navrhli další bezdotykové metody, jako je použití silných magnetů, ale výroba obrovských magnetů je drahá a pravděpodobně by narušovala ovládání servisního technika, řekl Champion.
Související: Jak drobné kousky vesmírného odpadu způsobují neuvěřitelné škody?
Hlavním omezením elektrostatického traktoru je, jak pomalu by fungoval. Více než 550 satelity v současné době obíhají kolem Země v GEOale očekává se, že toto číslo v příštích desetiletích prudce vzroste.
Pokud by se satelity pohybovaly jeden po druhém, pak by jediný elektrostatický tahač neudržel krok s počtem satelitů, které přestaly fungovat. Dalším omezením elektrostatického tahače je, že by pracoval příliš pomalu na to, aby byl praktický pro odstraňování menších kusů vesmírného smetí, takže by nebyl schopen udržet GEO zcela bez úlomků.
Další velkou překážkou jsou náklady. Tým ještě neprovedl úplnou analýzu nákladů pro elektrostatický tahač, řekl Schaub, ale pravděpodobně by to stálo desítky milionů dolarů. Jakmile by však byl servisní pracovník ve vesmíru, bylo by jeho provozování relativně nákladově efektivní, dodal.
Další kroky
Vědci v současné době pracují na sérii experimentů ve své Laboratoři elektrostatického nabíjení pro interakce mezi plazmou a kosmickou lodí (ECLIPS) na CU Boulder. Kovová vakuová komora velikosti vany, která je vybavena elektronovou pistolí, umožňuje týmu „provádět jedinečné experimenty, které v současné době téměř nikdo jiný nemůže dělat“, aby bylo možné simulovat účinky elektrostatického traktoru v menším měřítku, řekl Hammerl.
Jakmile bude tým připraven, poslední a nejnáročnější překážkou bude zajištění financování první mise, což je proces, který ještě nezačali.
Většina nákladů na misi by pocházela z vybudování a spuštění servisu. Vědci by však v ideálním případě chtěli pro první testy vypustit dvě družice, obsluhu a cíl, se kterým by mohli manévrovat, což by jim dalo větší kontrolu nad jejich experimenty, ale také dvojnásobné náklady.
Související: 10 úžasných záběrů Země z vesmíru v roce 2022
Pokud se jim podaří nějak pohádat o financování, prototyp vlečného paprsku by mohl být v provozu přibližně za 10 let, tým dříve odhadnuté.
Je to životaschopné?
Zatímco vlečné paprsky mohou znít jako sen, odborníci jsou ohledně technologie optimističtí.
„Jejich technologie je stále v plenkách,“ John Crassidisletecký vědec z univerzity v Buffalu v New Yorku, který se na výzkumu nepodílí, řekl Live Science v e-mailu. „Ale jsem si docela jistý, že to bude fungovat.“
Pokud střílíte z harpuny, používáte velkou síť nebo se s nimi pokoušíte zakotvit, pak fyzický kontakt může poškodit kosmickou loď a vy pak problém (vesmírného smetí) jen zhoršíte.
Odstraňování vesmírného odpadu bez dotyku by bylo také mnohem bezpečnější než jakákoli současná alternativní metoda, dodal Crassidis.
Elektrostatický tahač „by měl být schopen produkovat síly potřebné k pohybu nefunkčního satelitu“ a „určitě má vysoký potenciál fungovat v praxi“, Carolin Fruehdocent aeronautiky a kosmonautiky na Purdue University v Indianě, řekl Live Science v e-mailu. „Stále však existuje několik technických problémů, které je třeba vyřešit na cestě, aby byl připraven pro skutečný svět.“
Vědci by měli pokračovat ve výzkumu dalších možných řešení, řekl Crassidis. I když tým CU Boulder nevytvoří „konečný produkt“ k odstranění nefunkčních satelitů, jejich výzkum poskytne odrazový můstek pro další vědce, dodal.
Pokud budou úspěšní, nebyli by to vědci poprvé proměnil fikci ve skutečnost.
„To, co je dnešní sci-fi, by mohlo být realitou zítřka,“ řekl Crassidis.
