Космическая привязь

Тросовый спутник — это спутник, связанный с другим космическим тросом. Был запущен ряд спутников для тестирования технологий привязи, с различной степенью успеха.

Обменно-импульсные тросы — одно из многих применений космических привязей. Тетеры обмена импульсами бывают двух типов; вращающийся и не вращающийся. Вращающийся трос создаст контролируемую силу на конечных массах системы благодаря центробежному ускорению. Пока система привязи вращается, объекты на любом конце привязи будут испытывать постоянное ускорение; Величина ускорения зависит от длины троса и скорости вращения. Обмен импульсом происходит, когда торцевое тело высвобождается во время вращения. Передача импульса освобожденному объекту приведет к тому, что вращающийся трос потеряет энергию и, следовательно, потеряет скорость и высоту. Однако, используя электродинамическое тяговое усилие или ионную тягу, система может затем заново усилить себя с небольшим расходом или без затрат расходуемой реакционной массы.

Вращающийся и приливно стабилизированный скайхук на орбите.

Скайхук — это теоретический класс движущихся по орбите привязных тросов, предназначенных для подъема полезных нагрузок на большие высоты и скорости. Предложения для скайхуков включают проекты, в которых используются привязные тросы, вращающиеся с гиперзвуковой скоростью, для захвата высокоскоростных полезных грузов или высотных самолетов и вывода их на орбиту.

Электродинамические тросы — это длинные проводящие провода, например, развернутые со спутника-троса, которые могут работать на электромагнитных принципах в качестве генераторов путем преобразования их кинетической энергии в электрическую энергию или в качестве двигателей, преобразуя электрическую энергию в кинетическую энергию. Электрический потенциал генерируется через проводящий трос при его движении через магнитное поле Земли. Выбор металлического проводника для использования в электродинамическом тросе определяется множеством факторов. К основным факторам обычно относятся высокая электропроводность и низкая плотность. Вторичные факторы, в зависимости от применения, включают стоимость, прочность и температуру плавления.

В документальном фильме «Сироты Аполлона» была описана электродинамическая привязь как технология, которая должна была использоваться для удержания российской космической станции «Мир» на орбите.

Это использование (обычно) непроводящего троса для соединения нескольких космических аппаратов. Предложенный в 2011 году эксперимент по изучению этой техники — это привязанный эксперимент для межпланетных операций на Марсе (TEMPO³).

Теоретический тип невращающейся привязной спутниковой системы, это концепция для обеспечения космической поддержки вещей, подвешенных над астрономическим объектом. Орбитальная система представляет собой систему связанных масс, в которой верхняя опорная масса (А) размещена на орбите вокруг данного небесного тела, так что она может поддерживать взвешенную массу (В) на определенной высоте над поверхностью небесного тела, но ниже чем (А).

Описание сил, способствующих поддержанию выравнивания градиента силы тяжести в системе привязи.

Кроме вращающихся, тросы могут быть также прямыми за счет небольшого различия силы тяжести по их длине.

Система невращающихся тросов имеет устойчивую ориентацию, которая выровнена вдоль локальной вертикали (земли или другого тела). Обычно каждый космический аппарат имеет баланс гравитационного (например, Fg1) и центробежного (например, Fc1), но при связывании привязью эти значения начинают изменяться относительно друг друга. Это явление происходит потому, что без привязи масса на большой высоте будет двигаться медленнее, чем масса на более низкой высоте. Система должна двигаться с одной скоростью, поэтому трос должен замедлить нижнюю массу и ускорить верхнюю. Центробежная сила привязанной верхней части тела увеличивается, в то время как сила меньшей высоты уменьшается. Это приводит к тому, что центробежная сила верхней части тела и гравитационная сила нижней части тела являются доминирующими. Эта разница в силе естественным образом выравнивает систему по локальной вертикали, как показано на рисунке.

Объекты на низкой околоземной орбите подвергаются заметной эрозии от атомарного кислорода из-за высокой орбитальной скорости удара молекул, а также их высокой реакционной способности. Это может быстро разрушить привязь.

Простые одноцепочечные привязи подвержены микрометеоритам и космическому мусору. С тех пор было предложено и протестировано несколько систем для улучшения устойчивости к загрязнению:

• Военно-морская научно-исследовательская лаборатория США успешно запустила трос длиной 6 км и диаметром 2-3 мм с внешним слоем оплетки Spectra 1000 и сердцевиной из акриловой пряжи. Этот спутник, эксперимент по физике и живучести (TiPS), был запущен в июне 1996 года и оставался в эксплуатации в течение 10 лет, а в июле 2006 года окончательно вышел из строя.
• Доктор Роберт Хойт запатентовал спроектированную круглую сеть, так что деформации срезанной нити будут автоматически перераспределяться вокруг оторванной нити. Это называется Хойтезер (англ. Hoytether). Хойтезеры теоретически живут десятилетиями.
• Исследователи из JAXA также предложили сетевые привязи для своих будущих миссий.

Большие куски мусора по-прежнему могут разрезать большинство привязей, включая улучшенные версии, перечисленные здесь, но в настоящее время они отслеживаются на радаре и имеют предсказуемые орбиты. Трос можно шевелить, чтобы увернуться от известных кусков мусора, или использовать двигатели для изменения орбиты, избегая столкновения.