Лапки гекконов помогут убрать космический мусор с орбиты

По состоянию на середину 2016 г. на околоземной орбите отслеживалось 17852 крупных искусственных тела, из которых только 1419 были действующими спутниками. Количество искусственных объектов размерами более 1 см здесь оценивается уже под 200 млн – и чем острее стоит проблема космического мусора, тем очевиднее, что решить ее будет непросто, особенно с мелкими фрагментами.

Традиционные способы «уборки» на орбите не помогут. Здесь практически полный вакуум, и засосать мусор, как это делает пылесос или воздушный фильтр, не получится. Собрать фрагменты на липкую поверхность тоже невозможно: существующие адгезивные материалы не выдерживают резких перепадов температуры и деградируют под действием космических частиц и излучения. Однако помощь может прийти с неожиданной стороны – от живой природы.

В журнале Science Robotics Марк Каткоски (Mark Cutkosky) и команда возглавляемой им в Стэнфордском университете Лаборатории биомиметики представили проект роботизированной системы сбора космического мусора, которая использует подход, заимствованный у гекконов. Усеянные микроузором лапки этих ловких ящериц создают огромную площадь контакта с поверхностью опоры, позволяя проявляться обычно слабым силам Ван-дер-Ваальса, которые удерживают зверька даже на вертикальной поверхности стены.

Этой темой команда Каткоски занимается уже больше десяти лет, и теперь им удалось получить прототипы роботизированных манипуляторов, оснащенных «гекконовыми лапками». Авторы показали, что такая система легко захватывает и удерживает предметы, многократно превосходящие ее по размерам и массе. Подобно лапкам настоящего геккона, силы Ван-дер-Ваальса действуют лишь при приложении небольшого усилия в определенном направлении, что позволяет точно регулировать захват целей, сжимая ее с двух сторон или снова освобождая.

Это удалось продемонстрировать в Robo-Dome – тестовой площадке Лаборатории реактивного движения NASA, похожей на покрытое льдом хоккейное поле, на котором отрабатывают координацию движений роботов в условиях «двумерной микрогравитации», когда перемещения машин на плоскости почти свободно. Здесь манипуляторы смогли удержать вместе пару 370-килограммовых аппаратов.

Позднее эксперименты были проведены и в условиях реальной микрогравитации, на борту самолета NASA. Они показали способность манипулятора улавливать предметы разной формы, кубические, цилиндрические, сферические – имитирующие спутник, отработанную ступень ракеты и баллоны высокого давления. Наконец, успешные испытания прошли на МКС – и готовятся за ее пределами.

Ученые отмечают, что применение их система может найти гораздо шире, чем «орбитальная уборка»: она подойдет и для других задач, в которых требуется взаимодействие со спутниками, будь то их ремонт и заправка или даже формирование сложных многомодульных структур.