Các nhà khoa học Nga đề xuất phương pháp đẩy rác vũ trụ bay khỏi quỹ đạo
© Ảnh : AI generated
Đăng ký
Các nhà khoa học Nga từ Đại học Samara đề xuất một phương pháp loại bỏ hiệu quả rác vũ trụ khỏi quỹ đạo dựa trên mô hình toán học về các mảnh vụn bị thổi bay bởi chùm ion.
Theo họ, phương pháp này sẽ giúp bảo vệ các trạm vũ trụ và vệ tinh nhân tạo khỏi tai nạn trong chân không vũ trụ. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Vestnik St. Petersburg University, Mathematics.
Vụ va chạm giữa tàu vũ trụ với ngay cả một vật thể cực nhỏ cũng có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng, vì các vật thể không gian di chuyển với tốc độ cao. Các mảnh vụn lớn hơn, chẳng hạn như vệ tinh bị vỡ hoặc mảnh vỡ của tầng tên lửa, có thể phá hủy hoàn toàn ngay cả những vật thể lớn như Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).
Để giải quyết vấn đề loại bỏ rác vũ trụ khỏi quỹ đạo của các trạm và vệ tinh, các chuyên gia từ Đại học Nghiên cứu tổng hợp quốc gia Samara mang tên Viện sĩ Korolev (Đại học Samara) đã đề xuất lắp đặt một thiết bị trên các vật thể vũ trụ để "thổi" rác ra khỏi quỹ đạo nguy hiểm. Sau đó, họ mô tả một phương pháp lai cho việc loại bỏ rác mà không có sự tiếp xúc vật lý trực tiếp.
Phương pháp này liên quan đến việc đồng thời hút hoặc đẩy vật thể mảnh vỡ bằng tĩnh điện và thổi nó bằng các hạt mang điện ra khỏi động cơ của tàu vũ trụ với tốc độ cao, tạo thành một luồng khí ion, - ông Alexander Ledkov, phó giáo sư Khoa Cơ học lý thuyết tại Đại học Samara cho biết
"Mọi thứ hoạt động khá đơn giản. Tàu vũ trụ sử dụng động cơ phản lực điện để hướng luồng khí ion vào một mảnh rác vũ trụ. Các hạt mang điện tác động lên bề mặt của mảnh vụn và tạo ra một lực nhỏ, mà chúng tôi sử dụng nó để vận chuyển. Các mảnh vỡ sẽ chậm lại và rời khỏi quỹ đạo", - nhà khoa học Ledkov cho biết.
Trong quá trình giải quyết vấn đề loại bỏ rác vũ trụ không tiếp xúc bằng chùm ion, các nhà nghiên cứu đã gặp phải một thách thức. Do lực ion được tạo ra rất yếu, chỉ một phần trăm Newton (0.01 N), quá trình loại bỏ rác vũ trụ khỏi quỹ đạo có thể mất hàng tháng trời. Một quá trình dài như vậy, xét đến việc dao động góc của rác vũ trụ ảnh hưởng đến lực ion được tạo ra, đòi hỏi khối lượng tính toán đáng kể.
"Trường đại học của chúng tôi có một siêu máy tính, nhưng nó không giúp ích gì ở đây, vì bài toán tích phân số các phương trình chuyển động đòi hỏi các phép tính tuần tự. Việc lập kế hoạch và phân tích vấn đề đòi hỏi một loạt phép tính lớn, và mỗi phép tính đều khá tốn thời gian. Vào buổi bình minh của ngành du hành vũ trụ, sức mạnh tính toán hạn chế và nhu cầu tính toán quỹ đạo có tính đến nhiều nhiễu loạn khác nhau đã thúc đẩy sự phát triển của các phương pháp tiệm cận gần đúng, cho phép tạo ra các mô hình toán học ít đòi hỏi tính toán hơn mà vẫn duy trì được độ chính xác cần thiết. Nửa thế kỷ sau, chúng tôi lại đối mặt với những vấn đề tương tự và những phát minh của “trường phái cũ” có thể hữu ích", - ông Ledkov giải thích.
Để giải quyết bài toán phức tạp này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Samara đã tạo ra một mô hình đơn giản hóa cho phép phân tích quá trình vận chuyển rác vũ trụ bằng luồng ion.
"Dựa trên các phương trình Gauss trong các biến dao động và công cụ phân tích kỹ thuật Đường Trung Bình Động (MA - Moving Average) của Volosov, chúng tôi đã thu được các phương trình gần đúng cho chuyển động của rác vũ trụ. Kết quả tích phân này phù hợp với kết quả của mô hình ban đầu vốn cồng kềnh, và bản thân mô hình này ít tốn kém hơn đáng kể về mặt tính toán", - anh Danil Bakulin, đồng tác giả của dự án nghiên cứu và là sinh viên chuyên ngành Cơ học và Mô hình Toán học tại Đại học Samara, giải thích.
Theo các nhà khoa học, những lợi ích này đặc biệt đáng chú ý khi tính toán quá trình vận chuyển các mảnh vỡ đang quay. Với công cụ mới này các nhà khoa học Samara có thể nghiên cứu sâu hơn về các khía cạnh khác nhau của nhiệm vụ loại bỏ rác vũ trụ không tiếp xúc và tiến gần hơn một bước đến việc giải quyết vấn đề cấp bách này.
