An active space debris removal mission : orbit, engine and gasification of residue

Using several studies performed in the past years, the problem of space debris can be narrowed down to a certain orbital region between 800 and 1000 km in altitude. Furthermore, analysis of potential collisions enables the selection of a limited number of large, intact objects imposing the greatest risk for future instability of the LEO environment. Omsk state technical university (OmSTU) is developing an effective means for the removal of these bodies, taking into account the economic feasibility, short development times and the potential breakdown of the tasks over various international partners. This breakdown is based on the publications of recent seminars on the topic (Virginia 2009, Moscow, Beijing and Paris 2010) and the respective identification of fields of expertise of every potential partner. Active debris removal forms an ideal candidate for such cooperation, as space debris is a problem affecting many countries involved in space activity and the modularity of the collector concept enables an effective division of tasks. The current concept of the active debris removal system (ADRS) developed at OmSTU focuses on the use of adapted launcher upper stages to enable the collection and de-orbiting of debris elements after primary payload deployment. The ADRS will be equipped with various subsystems, including a small propulsion engine for approaching the debris-object‟s orbit in a far-guidance maneuver and performing the final de-orbit burn, a tethered space micro-tug (SMT) for performing the close-range rendezvous and a docking system for establishing a physical connection with the debris object. For the functionality of the propulsion system, currently a study is being performed about the use of the residual liquids in the stage‟s propellant tanks, based on a gasification process. In addition, it‟s studied also the possibility of using a solid propulsion engine for the SMT propulsion and for the de-orbiting itself eventually.

Da molti studi portati avanti negli anni passati, il problema dei detriti spaziali mostra la criticità maggiore in una regione orbitale di altezza individuabile tra gli 800 e 1000 km. Inoltre, l‟analisi delle potenziali collisioni permette la selezione di un limitato numero di oggetti ancora integri e di grandi dimensioni che rappresentano il più grande pericolo di instabilità in orbita terrestre bassa. Il Politecnico di Omsk sta sviluppando un progetto per la rimozione di questi corpi, considerando anche la fattibilità economica, i ridotti tempi di sviluppo e una analisi potenziale dei compiti considerando diverse collaborazioni internazionali. Questa analisi è basata sulle pubblicazioni dei recenti seminari sul problema dei detriti spaziali (Virginia 2009, Mosca, Pechino e Parigi 2010) e sulla identificazione dei maggiori campi di specializzazione di ogni potenziale candidato a partecipare al progetto. Una missione attiva di rimozione dei detriti spaziali costituisce un candidato ideale per questo tipo di cooperazione, considerando proprio che lo scopo, la rimozione della “spazzatura” spaziale appunto, è una problematica che affligge tutte le nazioni interessate all‟attività spaziale e che la modularità del collettore pensato per la missione permette una effettiva divisione dei compiti. Il concetto attuale di un sistema attivo di rimozione dei detriti (ADRS) sviluppato dal Politecnico di Omsk si focalizza sull‟ultimo stadio adattato di un lanciatore per rendere possibile la raccolta e il rientro sulla Terra dei detriti dopo che il carico pagante è stato rilasciato. L‟ADRS sarà quindi equipaggiato con vari sottosistemi che includono un modesto motore per la propulsione spaziale per avvicinarsi al detrito orbitante e infine eseguire l‟ultima manovra di rientro, una microsonda per le manovre di avvicinamento e aggancio, dotata in alcune configurazioni di un cavo di collegamento con l‟ultimo stadio adattato. Per le funzionalità del sistema propulsive, è stato eseguito uno studio sull‟uso dei combustibili liquidi residui nei serbatoi dell‟ultimo stadio, basato sul processo di gassificazione. In aggiunta è stato anche studiata la possibilità di usare una propulsione solida per le operazioni di rientro della microsonda proposta.