Магнитные манипуляторы для предотвращения образования вокруг Земли мусорных колец?

По оценкам, в настоящее время на орбите вокруг Земли находится более 170 миллионов объектов размером более одного миллиметра. Количество мусора растет по мере того, как частные компании и космические агентства выходят на орбиту Земли, создавая все большую угрозу безопасности космических полетов и орбитальных миссий. Для решения этой проблемы исследователи из Университета Юты предлагают извлекать эти отходы с помощью магнитов.

В настоящее время на орбите вокруг нашей планеты находится почти 7500 метрических тонн отходов - эквивалент 1100 слонов. Джейк Эббот, профессор робототехники из Университета Юты, предсказывает, что Земля вскоре может стать похожей на Сатурн - за исключением того, что ее кольца будут сделаны из металлолома! Однако этот мусор чрезвычайно опасен для работающего космического корабля: как указывает Европейское космическое агентство, "объект размером в один сантиметр с большой вероятностью выведет космический корабль из строя и пробьет щиты МКС".

Проблема заключается в том, что обломки, большая часть которых движется по низкой околоземной орбите, вращаются с бешеной скоростью (порядка 7-8 км/с), что придает им очень высокую кинетическую энергию. "Потянитесь, чтобы остановить их роботизированной рукой, и вы сломаете руку и создадите еще больше обломков", — говорит Джейк Эббот. Поэтому для удаления этих отходов из космоса ученый рекомендует использовать магниты. По его словам, вращая магнит на конце роботизированной руки для создания вихревых токов, можно будет контролировать и замедлять частицы космического мусора.

Во время обучения в аспирантуре в Цюрихском университете Эббот работал в основном над применением магнитов в хирургии. В частности, он потратил годы на разработку способа плавания микроскопической "подводной лодки" через человеческий глаз для доставки лекарств в сетчатку. "На разработку ушли годы, но используемая математика является основой для всего, что мы делаем сейчас", — говорит он.

Действительно, его исследования теперь используются для проведения точных операций на глазах в виртуальной реальности. Система, разработанная Эбботом и его командой, использует магнитные поля для создания ощущения реального хирургического давления на виртуальный глаз, предоставляя практикующим хирургам максимально реалистичный опыт.

Его лаборатория также работает над тем, чтобы сделать колоноскопию более "приятной" - страх перед этим обследованием, к сожалению, является основным препятствием для раннего выявления рака толстой кишки. Система, разработанная командой, состоит из двух небольших инкапсулированных камер, которые точно направляются через тело с помощью магнитов. Их текущая конструкция состоит из капсулы с камерой, состоящей из двух частей, два конца которой соединены коротким резиновым шнуром. "Магниты будут перемещать камеру сквозь вас, как маленького червяка. Проглотите капсулу, лягте на стол на несколько часов, и все готово", — резюмирует Эббот.

Замедление движения мусора с помощью вихревых токов

Как магнетизм может решить проблему космического мусора? Большинство из них изготовлены из металла, но не все они магнитные. В этом случае магниты могут показаться неэффективными. Но Эббот использует вихревые токи: электрические токи, возникающие внутри объекта, подверженного воздействию изменяющегося магнитного поля (именно на этом явлении работают индукционные плиты).

Процесс, разработанный Эбботом и его командой, можно описать следующим образом: рассмотрим кусок немагнитного, но электропроводящего космического мусора. Роботизированные руки с магнитами на концах направлены на этот мусор; магниты вращаются и генерируют вихревые токи внутри объекта, которые создают свое собственное магнитное поле. Однако, согласно закону Ленца, это поле противостоит изменению исходного поля. Таким образом, с помощью точных расчетов и тщательного моделирования можно создать тормозной момент, необходимый для замедления вращения объекта, его перемещения или его сбора.

"Мы практически создали первый в мире тяговый луч. Теперь это просто вопрос техники. Построить его и запустить", — сказал исследователь. Среди других разрабатываемых проектов по борьбе с накоплением космического мусора - "гигантские зажимы", разработанные ЕКА и компанией ClearSpace, и космические лазеры для плавления мусора. Остается надеяться, что одна из этих концепций будет реализована на практике в ближайшее время. Ожидается, что первая миссия ClearSpace по "очистке" будет осуществлена в 2025 году.