Космический мусор становится все большей угрозой, и ученые ищут способы обезвредить вышедшие из строя спутники. Один из методов — использовать сервисные аппараты с гибкими стержнями, чтобы стабилизировать вращающиеся обломки перед захватом роботизированной рукой. Но вибрации при контакте создают серьезные помехи, усложняя задачу.

Китайские исследователи из Северо-Западного политехнического университета под руководством Сяокуя Юэ предложили новое решение: комбинацию NES-AVS  (нелинейного энергетического поглотителя с активной переменной жесткостью) и специального контроллера. Их разработка не только гасит колебания, но и ускоряет процесс стабилизации спутников.

Нелинейный энергетический поглотитель (NES) — устройство, которое рассеивает энергию вибраций нелинейно (не пропорционально нагрузке), за счет чего гасит колебания быстрее традиционных демпферов.

Результаты опубликованы в издании Chinese Journal of Aeronautics.

Как это работает

• NES-AVS — это устройство, которое меняет жесткость в реальном времени с помощью пьезоэлектрического привода, быстро гася вибрации.
• Контроллер на основе скользящего режима следит за точностью управления, даже если спутник вращается с высокой скоростью.

По данным моделирования, система сокращает амплитуду колебаний стержня на 84% за 15 секунд — на 35% эффективнее обычных аналогов. А спутник, вращающийся со скоростью 12°/с, замедляется до 3°/с всего за 450 секунд.

Главная сложность — одновременно подавлять вибрации и сохранять точность управления, — объясняет профессор Хунхуа Дай. — Наш NES-AVS адаптируется к частотам колебаний, а контроллер гарантирует стабильность даже при перегрузках.

Но есть и нюансы: устройство пока не тестировалось в условиях долгосрочных космических миссий.  «Нужно доработать защиту от радиации и микрометеоритов», — признает Дай.

Практическая ценность в том, что:

• Снижается риск столкновений — чем быстрее и стабильнее обезвреживают спутники, тем меньше мусора на орбите.
• Экономия топлива — эффективное гашение вибраций уменьшает затраты энергии маневровых двигателей.
• Безопасность для сервисных аппаратов — меньше вибраций, а следовательно и меньше износ механизмов.

Если технологию внедрят, она упростит ремонт спутников прямо на орбите, продлевая их срок службы.

Исследование проводилось в симуляции, а реальный космос — агрессивная среда:

• Нет данных, как пыль, перепады температур или длительная радиация повлияют на пьезоэлектрические элементы.
• Неясно, как система поведет себя при столкновении с мелким мусором — даже крошечная частица может нарушить работу NES-AVS.

Ранее эксперты прокомментировали проблему космического мусора и назвали пути решения.