Чаще всего для размещения различных аппаратов в космосе используют околоземные орбиты. Поэтому на них скопилось большое количество мусора. По оценкам The NASA Orbital Debris Program Office (отдел NASA по изучению и борьбе с орбитальным
мусором. — Прим. ред.), в околоземном пространстве находится более 100 000 000 объектов космического мусора. Примерно 25 000 из них — фрагменты более 10 см. «Любой мусор в космосе создает угрозу, потому что он движется с очень высокой скоростью — больше гиперзвуковой. Даже маленькая частичка, разогнавшись до десятков километров в секунду, может насквозь пробить металлическую обшивку космического аппарата и вывести его из строя», — отмечает Алексей Александрович Тихонов, один из авторов разработки, доктор физико-математических наук, профессор СПбГУ (кафедра теоретической и прикладной механики). А столкновение с объектом в 10 см гарантированно приводит к разрушению аппарата. Что влечет за собой лишь увеличение количества космического мусора. Сегодня вероятность столкновения с ним оборудования в космосе на 30 % выше, чем вероятность столкновения аппаратов между собой.

В некоторых случаях мусорные объекты неконтролируемо сходят с орбиты и устремляются к Земле. Они могут не до конца сгореть в плотных слоях атмосферы планеты и упасть на дома или повредить транспортные коммуникации. Также накопление большого количества мусора в околоземном пространстве в будущем может ограничить возможность дальнейшего освоения космоса.

С помощью космического уборщика ученых СПбГУ можно удерживать как один, так и несколько совершенно различных по размеру мусорных объектов и контролируемо уводить их из области околоземного пространства на специальную орбиту захоронения: ту (или те), где мало работающей техники и мусор не будет представлять опасности. Звучит довольно просто, но на все это вместе не способен ни один из ближайших аналогов.

По словам Алексея Тихонова, принцип функционирования аппарата простой. Устройство сначала приближается к мусорному объекту. Затем открываются створки и одновременно запускается электрическая катушка, за счет чего возникает магнитное поле. Оно затягивает мусор внутрь аппарата, створки закрываются, а катушка перестает генерировать ток. Мусорные объекты остаются внутри уборщика, пока тот на реактивных двигателях доставляет их на орбиту захоронения.

Когда устройство достигает точки назначения, створки открываются, и весь мусор оказывается снаружи. Далее аппарат летит за новой порцией отходов. Таких миссий у него может быть множество, так как мусора вокруг Земли огромное количество.

По словам ученого, время функционирования аппарата зависит от скорости деградации солнечных батарей, а также от долговечности систем управления и других элементов, влияющих на продолжительность космических миссий. То есть срок работы устройства напрямую зависит от качества сборки и от того, какое решение принято: строить несколько небольших и недорогих уборщиков с коротким сроком службы, утилизировать их по мере выхода из строя и запускать новые или создавать один большой более дорогой аппарат надолго и ремонтировать его по мере необходимости.

При этом Алексей Тихонов подчеркивает, что современный уровень технологий позволит создать устройство с продолжительностью работы 10 лет и более, а также производить его ремонт. Делать это на Земле или в космосе, придется решать исходя из того, что эффективнее и дешевле.

Если возникнет поломка, несовместимая с «жизнью» аппарата, его можно будет направить в плотные слои атмосферы. Там он сгорит, не оставив после себя мусорных обломков. Также, по словам Алексея Тихонова, устройство можно изначально запрограммировать на уничтожение после определенного периода работы.

Одно из преимуществ разработки ученых СПбГУ заключается в том, что устройство предполагает реализацию бесконтактного метода уборки мусора. Эти методы считаются более перспективными. Почему? Как отмечалось ранее, мусорные объекты в космосе всегда движутся с большой скоростью. Кроме того, они еще и вращаются. По этим причинам мусор трудно убирать при помощи контактных способов, например роботизированной рукой или сетью.

Что касается существующих бесконтактных уборщиков, они имеют серьезные недостатки. В частности, все они, за исключением разработанного учеными СПбГУ, не позволяют увести мусор по точно заданной траектории, так как физически не ограничивают его. Таким образом, нельзя быть уверенным в предсказуемости результата их работы.

Так, наиболее близкий конкурент космического уборщика исследователей
Университета — аппарат, запатентованный в США. Он представляет собой платформу с генераторами магнитного поля для удерживания мусора. При смене траектории платформы отходы могут покидать зону влияния магнитного поля, «вылетать» из устройства и оказываться еще ближе к Земле, что опасно.

Разработанный в СПбГУ аппарат надежно фиксирует мусорные объекты.

Разработка ученых СПбГУ апробирована методами компьютерного моделирования, проведены аналитические исследования и численные эксперименты, подтвердившие ее потенциал.

Авторы космического уборщика готовы вести совместные опытно-конструкторские работы с проектными организациями, в том числе выполнять расчеты, участвовать в разработке конструкторской документации, а также в лабораторных экспериментах и испытаниях.