Японские учёные разработали плазменную систему для бесконтактного удаления космического мусора

Концептуальная схема метода удаления космического мусора с использованием двунаправленных плазменных двигателей. Автор: Университет Тохоку

Космос столкнулся с проблемой мусора: неработающие спутники, ракеты и более мелкие обломки вращаются вокруг Земли на высоких скоростях. По словам Кадзнори Такахаси, доцента Высшей инженерной школы Университета Тохоку в Японии, количество космического мусора продолжает увеличиваться, что повышает риск столкновения с активными спутниками и космическими кораблями. Однако у Такахаси может быть решение.

«Из-за своего неконтролируемого движения и скорости, превышающей скорость пуль, космический мусор, вращающийся вокруг Земли, представляет серьёзную угрозу, значительно увеличивая потенциальный риск столкновений со спутниками, которые поддерживают устойчивую человеческую деятельность в космосе», — заявил Такахаси.

«Большинство современных методов удаления космического мусора являются методами прямого контакта и несут риск запутывания в неконтролируемом движении обломков. Более поздние работы сосредоточены на использовании плазменного двигателя для замедления мусора, заставляя его сойти с орбиты».

Его подход, успешно продемонстрированный в лабораторных экспериментах и опубликованный 20 августа 2025 года в Scientific Reports, основан на идее замедления космического мусора до тех пор, пока он не сойдёт с орбиты и не сгорит при повторном входе в атмосферу Земли. Предыдущие исследования предлагали эту концепцию, но на практике она ещё не была эффективно применена.

Идея заключается в том, что спутник для удаления, развёрнутый специально для этой цели, может использовать двигательную установку для выброса плазмы в сторону куска космического мусора. Сила плазмы замедлит мусор, достаточно снизив его скорость для схода с орбиты — процесс, который занимает около 100 дней. Проблема в том, что сила плазмы, испускаемой спутником для удаления, создаёт сильную отдачу, отодвигая спутник от цели и уменьшая эффект замедления.

Чтобы исправить это, Такахаси разработал то, что он назвал «двунаправленным безэлектродным плазменным двигателем с двусторонним выбросом плазмы». Это двигательная установка, которая выбрасывает две струи плазмы в двух направлениях: одна в сторону целевого космического мусора, а другая — в противоположном направлении.

«Этот двигатель прикладывает силу замедления к целевому объекту, выбрасывая плазму, одновременно избегая чрезмерной тяги на себя, выбрасывая другую струю плазмы в противоположном направлении», — объясняет Такахаси, отмечая, что он также ввёл специальное магнитное поле, известное как «касп», для усиления силы замедления.

По сути, касп удерживает плазму с помощью магнитного поля, поэтому она остаётся относительно сконцентрированной в направлении тяги, а не рассеивается.

Чтобы проверить, может ли двунаправленный выброс плазмы работать как ожидалось, Такахаси протестировал его в вакуумных трубках, имитирующих условия космоса. Он обнаружил, что не только двунаправленный выброс плазмы балансирует двигатель, как и ожидалось, но и что конфигурация каспа увеличивает силу замедления — это означает, что целевой космический мусор потенциально может достичь скорости замедления, необходимой для схода с орбиты, гораздо быстрее.

Более того, работа двигателя на высоком уровне мощности в конфигурации каспа утроила силу замедления по сравнению с ранними сообщениями. Критически важно, что двигательная система может работать на аргоне, который дешевле и более доступен, чем обычные топлива.

«Это достижение представляет собой значительный технологический прорыв в разработке двигательной системы, способной эффективно и безопасно удалять космический мусор», — объясняет Такахаси.

Больше информации: Kazunori Takahashi, Cusp-type bi-directional radiofrequency plasma thruster toward contactless active space debris removal, Scientific Reports (2025). DOI: 10.1038/s41598-025-16449-9

Источник: Tohoku University