Экология космоса
В осеннюю пору 2013 года много тысяч кинозрителей напряженно смотрели за судьбой Сандры Джорджа и героев Клуни Буллок в фильме «Гравитация». Само собой разумеется, эксперты по космонавтике обнаружили в этом фильме десятки неотёсанных неточностей, но это не оказало влияние на его популярность.
Фильм взял «Оскар» за режиссуру и собрал более 700 млн. долларов. С этого момента неприятность космического мусора отыскала отражение в массовой культуре.
Так как как раз из-за столкновения с космическим мусором – обломками спутника – в фильме терпит американский шаттл и аварию, и Интернациональная космическая станция.
Космический мусор на околоземных орбитах
Илл.: Michael Najjar
Справедливо будет отыскать в памяти, что в действительности первенство в открытии темы космического мусора в кино в собственности японцам. Еще во второй половине 90-ых годов двадцатого века узнаваемый мастер манги Макото Юкимура начал серию комиксов Planetes о работе сборщиков космического мусора в 2075 году.
В 2003 году на базе манги показался одноименный сериал аниме из 26 серий.
Но в случае если люди мастерства обратили внимание на космический мусор только в двадцать первом веке, то экспертов в области космонавтики эта неприятность начала тревожить существенно раньше, и со временем их беспокойство только растет. С момента запуска первого спутника Почвы во второй половине 50-ых годов XX века Руководство воздушно-космической обороны Северной Америки (North American Aerospace Defense Command, NORAD) вело каталог всех запусков ракет и всех объектов, попадающих на околоземную орбиту.
Среди них были не только спутники, но и их отделяемые головные обтекатели, и последние разгонные блоки и ступени ракет. Каталог стал называться Space Object Catalog.
С 1980 годов в его подготовке участвует НАСА, для каталога выработан особый двухстрочный формат базы данных, характеризующих орбиты космических объектов. Неизменно обновляемая база данных вольно дешева в сети.
Весьма не так долго осталось ждать к этим объектам стали добавляться другие, появляющиеся уже в космическом пространстве по окончании взрывов космических аппаратов. Часть этих взрывов проводилась целенаправленно в 60-е и 70-е годы, на протяжении опробований противоспутникового оружия, часть – стала результатом превращения остатков жидкого горючего в ступенях ракет в газ, порвавший топливные баки.
Судьбу получавшихся осколков возможно было отследить только приблизительно. За эту задачу взялся сотрудник NORAD Джон Габбард, что создал особенную методику прогнозирования орбит этих обломков.
Применяя эти Габбарда, Дональд Кесслер, ранее занимавшийся изучением метеоритных потоков и скоплений астероидов, обратил внимание на космические объекты неестественного происхождения и скоро заключил , что существует опасность бесконтрольного роста космического мусора на низких околоземных орбитах. Кесслер учел «эффект домино», при котором столкновение орбитальных объектов вело к образованию громадного количества обломков, что увеличивало возможность дальнейшего роста и новых столкновений числа обломков и без того потом.
Сходный процесс Кесслер ранее увидел в эволюции пояса астероидов, но в случае если в том месте он продолжался миллионы лет, то в окрестностях Почвы на создание «мусорного пояса» потребовались только десятки лет. В будущем это явление назвали «эффектом Кесслера».
В те годы космический мусор не казался громадной проблемой, поскольку думали, что обломки скоро опускаются в верхние слои атмосферы, где сгорают. Но Габбард был не согласен, считая, что «эффект Кесслера» приведет к стремительному засорению последовательности областей околоземного пространства.
Благодаря его упрочнениям НАСА решила начать программу изучений космического мусора. Для этого употреблялись оптические телескопы, коротковолновые радары и без того именуемые «камеры Бейкера-Нанна» — устройства, предназначенные для фотографирования спутников с Почвы.
Камера Бейкера-Нанна.
Употребляется для фотографирования спутников и космического мусора
Достаточно скоро обнаружилось, что оценки количества мусора на орбите были занижены приблизительно в два раза. По большей части это касалось объектов диаметром до 20 см.
В один момент на околоземной орбите и на Земле велись изучения следов столкновений космических аппаратов с микрообъектами. Ученые посредством микроскопов изучали внешние оболочки возвратившихся из космоса шаттлов, каковые именно тогда начали собственные полеты.
Космонавты на орбите изучали повреждения стенок орбитальных станций. Эти изучения также продемонстрировали, что количество мусора значительно выше ожидаемого.
Примечательно, что, как нашёл Кесслер в первой половине 80-ых годов XX века Кесслер, 42% всего каталогизированного мусора было тогда результатом лишь 19 событий, по большей части взрывов отработанных ступеней ракет-носителей, в особенности американских ракет Delta.
Верхняя ступень ракеты Delta II в космосе. Фотография со спутника XSS 10
В первой половине 90-ых годов двадцатого века Дональд Кесслер напечатал работу Collisional cascading: The limits of population growth in low earth orbit, где уже прямо говорил о опасности космического мусора для космонавтики. Обломок массой один килограмм, летящий со скоростью 10 километров в секунду, способен, по словам Кесслера, уничтожить космический корабль, причем эта трагедия породит множество вторых страшных обломков.
Последовали первые меры. К примеру, НАСА модифицировала ракеты-носители Delta, дабы остатки горючего в их последних ступенях не приводили к взрыву.
Но тенденцию к росту космического мусора в целом преодолеть не удалось. По современным оценкам, на низких околоземных орбитах (с высотой апогея до 2000 км) находится более 300 тысяч объектов.
Наряду с этим только десятая их часть отслеживается и попадает в базы данных, и только 6% представляет собой действующие космические аппараты. В случае если классифицировать космический мусор по размеру, то объектов размером более 10 см оценивается в 19000, от 1 до 10 см – приблизительно в 500 000, а объектов, каковые меньше 1 см возможно уже десятки миллионов, их учет фактически неосуществим.
К отработанным фрагментам и верхним ступеням ракет, оставшимся по окончании взрывов, на данный момент добавляются бессчётные прекратившие функционировать спутники.
Имеется и неожиданные, скорее курьезные источники космического мусора. Эдуард Уайт, ставший 3 июня 1965 года первым американцем, что совершил выход в открытый космос, утратил гаечный ключ. Майкл Коллинз на протяжении полета на «Джемини-10» потерял кинокамеру.
Еще одну камеру в 2006 году утратила Сунита Уильямс. При ремонте солнечной панели на МКС в 2007 году в космос улетели плоскогубцы, а в 2008 Хайдемари Стефанишин-Пайпер, создавая ремонтные работы, потеряла целую сумку с инструментами весом 13 килограмм.
Сумка с инструментами улетает в космос. 18 ноября 2008 года.
МКС. STS-126
Солиднейший вклад в формирование космического мусора на данный момент вносит Китай, следом идут США и Российская Федерация, совместно все три страны важных примерно за 93% мусорных объектов.
Интернациональный альянс электросвязи,под контролем которого находиться запуски геостационарных спутников связи, во второй половине девяностых годов поставил условие ко всем запускающим такие спутники государствам снабжать их сход с орбиты по окончании завершения срока работы. Но эти требования не снабжают прекращения роста мусора.
Спутники, каковые прекратили функционировать нежданно, к примеру, в следствии попадания метеорита либо фрагмента мусора, остаются в космосе, преобразовываясь в угрозу вторым. Так случилось, к примеру, с европейским спутником Olympus-1 в первой половине 90-ых годов двадцатого века.
10 февраля 2009 года в космосе в первый раз столкнулись два неестественных спутника: российский Космос-2251 и американский Iridium 33. Масса первого из них составляла одну тонну второго – 600 килограмм. В следствии разрушения спутников появилось около 600 обломков.
До этого аппараты на орбите сталкивались лишь с фрагментами космического мусора.
Исследователи уверены в том, что для последовательности орбит предсказанный Кесслером момент, в то время, когда они из-за каскадно растущего количества мусора станут негодны для полетов, вот-вот наступит. В 2002 году Ричард Кроутер из исследований и британского Агентства оценок в области обороны (Defence Evaluation and Research Agency) высказал предположение, что это случится в 2015 году. на данный момент эксперта НАСА утверждают, что для высот от 900 до 100 км и 1200 км данный момент уже наступил.
На высотах около 400 км, где довольно часто производятся пилотируемые полеты, мусора меньше из-за пускай маленького, но ощутимого сопротивления разреженных слоев земной атмосферы, которое заставляет маленькие объекты терять скорость, понижаться и, наконец, сгорать в более плотных атмосферных слоях.
Орбита Интернациональной космической станции находится на высоте 337—430 км. Дабы обезопасить ее была создана особая совокупность DAM (Debris Avoidance Manoeuvre), которая, приобретая сигнал о приближении страшного объекта, включает двигатели, приподнимающие станцию на более высокую орбиту.
Это случалось уже 16 раз. Как мы знаем, что маневр 14 января 2012 года был вызван риском столкновения с обломком спутника Iridium 33.
В случае если опасность увидена через чур поздно, и совершить маневр уже запрещено, экипаж станции эвакуируется в пристыкованный к ней космический корабль «Альянс». За время существования МКС это происходило четырежды, но, к счастью, обломки мусора миновали станцию.
Маленькие обломки иногда сталкиваются с космические аппаратами, а микромусор бомбардирует их систематично. До тех пор пока важных аварий, вызванных этими столкновениями, не случалось.
Но 24 июля 1996 года французский микроспутник Cerise столкнулся с фрагментами верхней ступени ракеты Ariane-1 H-10, которая была запущена в космос еще в ноябре 1986. Кроме этого именно на космический мусор эксперты возлагают ответственность за утрату отечественного телекоммуникационного спутника Экспресс-AM11 в 2006 году.
Он взял удар в совокупность терморегулирования, она разгерметизировалась и вытекающая из нее жидкость придала спутнику неконтролируемое вращение. Действительно, экспертам удалось скорректировать орбиту этого аппарата так, что он спустился в плотные слои атмосферы и не стал угрозой для других спутников.
Видятся и повреждения пилотируемых аппаратов. Часть из них экипажам приходится ликвидировать на протяжении выходов в открытый космос.
Повреждение панели шаттла «Индевор»
из-за столкновения с космическим мусором на протяжении полета 2007 года
Увы, бывает и так, что количество мусора на околоземной орбите возрастает в следствии сознательных действий людей. В 2007 году резкую критику привели к Китая, что применял ракету для уничтожения отработавшего собственный срок метеоспутника «Фэнъюнь FY-1C».
В следствии разрушения и столкновения спутника появилось более 2300 объектов отслеживаемого мусора, более 35000 объектов размером около сантиметра и свыше миллиона объектов размером около миллиметра. Считается, что замусоренность данной орбиты сходу увеличилась на 22%.
И это случилось на «многолюдной» космическими аппаратами высоте от 850 до 882 км.
Орбиты известных обломков спутника «Фэнъюнь FY-1C»
В июне 2007 года маневр для уклонения от обломков китайского спутника должен был совершить научно-исследовательский спутник НАСА «Терра». В апреле 2011 года обломки состоялись в страшной близости от МКС.
22 января 2013 года от столкновения с этими обломками разрушился российский калибровочный наноспутник BLITS (Ball Lens In The Space).
Кроме мер, направленных на ограничение роста космического мусора (самоликвидация отработанных ступеней и разгонных блоков, контролируемый сход с орбиты) на данный момент деятельно ищутся методы удаления уже существующих техногенных объектов с орбиты. Канадская компания MacDonald, Dettwiler and Associates рассчитывает в 2015 году запустить корабль Space Infrastructure Servicing, одной из функций которого станет перенос космического мусора на особые «орбиты захоронения».
Они находятся на высотах, намерено выделенных для отработавших собственный срок спутников, дабы уменьшить замусоривание вторых орбит. У некоторых аппаратов предусмотрен независимый переход на орбиту захоронения, вторыми обязан заняться Space Infrastructure Servicing.
Над сходными проектами трудятся Star Inc. и швейцарская Политехническая школа в Лозанне. 28 февраля 2014 года Японское космическое агентство запустило в тестовый полет «космическую сеть», которая по плану создателей, обязана улавливать орбитальный мусор.
Но в первом полете сбор мусора пока не планируется.
В Российской Федерации проблемой космического мусора занимается ООО «Космическая экология», резидент «Фонда Сколково». Оно трудится в двух направлениях.
Первое относится к пассивным способам борьбы с мусором – ограничению его роста. Разрабатываемая «Космической экологией» независимая бортовая совокупность спуска обязана не дать отделяемыми частям ракет-носителей остаться на околоземной орбите.
Наряду с этим остатки жидкого горючего ракеты преобразуются в газ, а энергия этого газа употребляется для понижения.
Второй подход – активная «чистка» космоса – кроме этого представлен в разработках «Космической экологии». Для этого обязан помогает многоразовый универсальный транспортно-стыковочный модуль.
Планируется, что он будет способен захватывать разнообразные техногенные объекты, дабы транспортировать их или на низкие орбиты, с которых они неспешно будут опускаться на Землю и погрузятся в воды океана, или на орбиты захоронения.
Дабы сохранить существующую обстановку по космическому мусору и не допустить предстоящего её нарастания, кроме того при прекращения его поступления в околоземное космическое пространство, согласно данным экспертов NASA, нужно каждый год уводить с орбит около девяти тысячь киллограм космического мусора. Спустить мусор с орбиты многократно дороже, чем вывести его в том направлении, отметил специалист по космическому мусору и начальник научно-образовательного центра «Космическая экология» Омского национального технического университета, доктор наук, д.т.н.
Валерий Трушляков. Это обусловлено свойством космического мусора «саморазмножаться» за счёт столкновения объектов крупногабаритного космического мусора (отработавшие собственный срок космические аппараты, последние ступени ракет-носителей, разные обломки и т.д.).
Комментируя проблему очистки околоземного космического пространства, он кроме этого уточнил, что космический мусор дробят на две категории: тот, что находится и будет находится на орбитах долгое время и тот, что неспешно понижается и сгорает в воздухе, и отработанные ступени ракет-носителей, падающие в выделенные районы падения при выведении. «Говоря об орбитальном мусоре, неприятность в настоящее переходит из стадии дискуссии в стадию разработки рекомендаций с последующими санкциями к тем эксплуатантам ракет-носителей, каковые оставляют на орбитах последние ступени, каковые и являются самый возможно страшным крупногабаритным космическим мусором», – выделил доктор наук Трушляков.
Он утвержает, что США, страны Европейского союза, Япония уже удачно совершили летные опыты по возможности управляемого спуска отработанных ступеней ракет-носителей в течение 1 – 2 витков по окончании отделения нужной нагрузки, продемонстрировав готовность и техническую возможность к такому типу ведения ракетно-космической деятельности. Эти результаты представлены в технический подкомитет ООН по мирному применению космоса в качестве предложений по разработке рекомендаций по сокращению поступления в защищаемые области околоземного космического пространства этого самого опасного крупногабаритного космического мусора.
Вероятнее, учитывая пара тенденций, таких как интернациональные требования по возможности работы и сохранению доступности в околоземном космическом пространстве, усиление борьбы на рынке средств выведения за счёт появления компаний Китая, Индии, Республики Корея и т.д. в скором будущем стоит ожидать выхода соответствующий санкций.
В ситуации разработки по спуску с орбит крупногабаритного космического мусора, воображающего яркую опасность существующим космическим совокупностям, деятельно развиваются в Соединенных Штатах, государствах Европейского союза, Японии, Китае, Канаде. «на данный момент формируется новый высокотехнологичный и наукоемкий рынок по спуску космического мусора. Варианты ответа данной неприятности очень разнообразны.
Количество рынка достигает миллиарды долларов и, конечно, развитые государства стремятся войти в данный рынок», — пологает аналитик.
Говоря о собственных проектах Валерий Трушляков пояснил, что имеется два типа источников мусора – космические аппараты, и ступени ракет-носителей, по окончании завершения собственной миссии. Как эксплуатанты и разработчики ракет-носителей «Космическая экология» прежде всего занимается отработанными ступенями ракет-носителей. «Отечественное направление изучения – деятельный управляемый спуск отработанных орбитальных ступеней (в течение одного-двух витков) с траекторий выведения.
Мы используем невыработанные остатки горючего в баках ракет-носителей, газифицируем их и дальше используем полученный энергетический ресурс для придания импульса, или спуска с орбит, или спуска с траекторий, выведения для уменьшения площадей районов падений», — растолковал доктор наук Трушляков.
При запусках ракет-носителей зарубежными государствами (США, государствами Европейского союза, Япония и т.д.) фактически все отработанные ступени падают в акватории Мирового океана, а в Российской Федерации – на землю, территории среди них и Республики Казахстан, наряду с этим площади районов падения отработанных ступеней огромны и составляют миллионы кв. км. По окончании каждого запуска ракеты-носителя в районах падения необходимо проводить послепусковые работы: прежде всего, оповещение населения в районах падения и прилегающих к ним, а по окончании проведения пусков — поиск, разделка, утилизация и складирование отработанных их фрагментов и ступеней, проведение рекультивации земель, дектоксикация почвогрунтов и т.д. «Для нашей страны больше пользуется спросом работа в районах падения.
Цена проведения этих работ в среднем образовывает около до 40% от общей цены пуска для ракет-носителей с токсичными компонентами горючего», — поведал Валерий Трушляков.
Источник: М. Руссо polit.ru
космос и Экология
