Околоземное пространство загрязнено более чем 14 000 единицами космического мусора – от гаек и болтов до обломков ракет и неработающих спутников. Это представляет серьёзную опасность для действующих спутников и МКС, которым приходится регулярно совершать манёвры уклонения от движущихся со сверхзвуковой скоростью обломков.

Существующие предложения по очистке орбиты, как правило, предполагают использование космических аппаратов с роботизированными манипуляторами, сетями или тросами для захвата мусора. Однако, многие обломки вращаются хаотично, что делает такие методы рискованными.

Более безопасным вариантом является бесконтактный метод, например, использование выхлопа ионного двигателя для постепенного, но уверенного воздействия на космический мусор, снижая его скорость до падения в атмосферу, где он сгорит. Проблема стандартных ионных двигателей заключается в том, что они созданы для разгона космического аппарата. Направление выхлопа на мусор оттолкнуло бы сам аппарат.

Кадзунори Такахаси из Тохокуского университета в Японии предложил решение этой проблемы. Вместо одного сопла, его система использует два, направленных в противоположные стороны. Тяга от каждого сопла компенсируется тягой другого, позволяя аппарату оставаться на месте и при этом воздействовать на мусор. Такахаси называет свою систему «двунаправленным плазменным электродным двигателем без электродов». Вместо часто используемого ксенона используется аргон, что, по словам Такахаси, обеспечивает «сравнимую эффективность с ксеноном, но при меньшей стоимости».

Газ заполняет камеру, катод на одной стороне создаёт облако электронов, которые притягиваются к положительно заряженной разрядной стенке. Взаимодействуя с газом, электроны ионизируют его. Ионизированный газ (плазма) заряжен электрически и может направляться и ускоряться электромагнитными полями через сопло двигателя, создавая тягу.

Тяга ионного двигателя изначально невелика по сравнению с химической ракетой, но со временем накапливается. Для вывода с орбиты обломка размером 1 метр и массой 1 тонна менее чем за 100 дней требуется постоянная тяга в 30 мН. Это больше, чем тяга ионного двигателя японского космического агентства JAXA на зонде «Хаябуса-2» (10 мН при мощности 300–500 Вт). Для увеличения мощности своей системы Такахаси использовал «магнитный касп», который удерживает больше плазмы от разрядной стенки, направляя её в сопло. В лабораторных экспериментах система Такахаси достигла тяги в 25 мН, что втрое больше, чем в предыдущих экспериментах.

Двунаправленный двигатель Такахаси предназначен для удаления крупных обломков, которые представляют наибольшую опасность возникновения «синдрома Кесслера» — цепной реакции столкновений, способной сделать значительные участки околоземной орбиты непригодными для использования. Работа способна внести существенный вклад в решение проблемы космического мусора и продлить беспрепятственный доступ к околоземному пространству.