Cientistas da Universidade de Samara desenvolveram um método inovador para a limpeza eficaz de detritos em órbitas espaciais. A sua abordagem, baseada em modelagem matemática, propõe o uso de um feixe de íons para “soprar” os objetos. Este desenvolvimento visa proteger estações espaciais e satélites de possíveis colisões. Os resultados da pesquisa foram publicados no periódico científico “Vestnik St. Petersburg University, Mathematics”.
Mesmo pequenos fragmentos de lixo espacial representam uma séria ameaça para as espaçonaves devido às suas altas velocidades. Objetos maiores, como satélites desativados ou partes de estágios de foguetes, podem causar a destruição completa de estruturas maciças como a Estação Espacial Internacional (ISS).
Para abordar este problema crítico, especialistas da Universidade Nacional de Pesquisa de Samara, em homenagem ao Acadêmico S.P. Korolev (Universidade de Samara), propuseram anteriormente a instalação de dispositivos em espaçonaves capazes de “soprar” detritos de órbitas perigosas de forma não-contato. Posteriormente, eles introduziram um método “híbrido” para essa limpeza.
Este método, conforme explicado por Alexander Ledkov, professor associado do Departamento de Mecânica Teórica da Universidade de Samara, combina a atração ou repulsão eletrostática do objeto de detrito com a propulsão de um jato do motor elétrico da espaçonave.
“O princípio de funcionamento é bastante simples. A espaçonave de limpeza direciona um jato de seu motor elétrico-reativo para o objeto de detrito espacial. As partículas do jato colidem com a superfície do objeto, criando uma pequena força que usamos para o seu transporte. Desta forma, o lixo espacial é gradualmente desacelerado e sai de órbita”, detalhou Ledkov.
No entanto, ao desenvolver o sistema de limpeza de detritos espaciais por feixe de íons sem contato, os pesquisadores enfrentaram uma dificuldade significativa: como a força iônica gerada é muito pequena (centésimos de newton), o processo de remoção completa de detritos da órbita pode levar muitos meses. O cálculo de um processo tão prolongado, considerando a influência das oscilações angulares dos detritos na força iônica, requer vastos recursos computacionais.
Ledkov observou: “Apesar de termos um supercomputador em nossa universidade, a integração numérica direta das equações de movimento para tal tarefa é ineficiente, pois envolve cálculos sequenciais. Para um planejamento e análise completos da missão, é necessária uma série de cálculos, e cada cálculo é bastante demorado. Nos primórdios da cosmonáutica, a capacidade computacional limitada e a necessidade de calcular trajetórias com várias perturbações estimularam o desenvolvimento rápido de métodos assintóticos aproximados, que permitiam a criação de modelos matemáticos menos exigentes em recursos computacionais, mantendo a precisão necessária. Meio século depois, encontramos novamente tarefas onde as `velhas` técnicas podem ser úteis.”
Para otimizar a solução deste complexo problema computacional, os cientistas da Universidade de Samara criaram um modelo simplificado. Este modelo permite analisar eficazmente o processo de transporte iônico sem contato de detritos espaciais.
“Com base nas equações de Gauss em variáveis oscilantes e no método de média de Volosov, obtivemos equações aproximadas de movimento dos detritos espaciais. Os resultados da sua integração estão em boa concordância com o modelo original mais complexo, enquanto o novo modelo é significativamente menos exigente em recursos computacionais”, informou Danil Bakulin, coautor do estudo e estudante do programa de “Mecânica e Modelagem Matemática” da Universidade de Samara.
Segundo os pesquisadores, o maior benefício do novo modelo é percebido nos cálculos de transporte de detritos espaciais em rotação. Esta ferramenta aprimorada permitirá que eles aprofundem vários aspectos da missão de limpeza orbital sem contato e avancem um passo mais perto da resolução deste problema global crucial.
