0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Из чего состоит космический мусор

Космический мусор: проблемы и пути решения

Одной из главных проблем, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса, является накопление на околоземной орбите вышедших из строя аппаратов и их обломков. Такие объекты получили название космического мусора. Сейчас накопление этих обломков на геостационарной орбите угрожает дальнейшему освоению человечеством ближнего космического пространства.

Понятие космического мусора

Только 6% из отслеживаемых с Земли космических объектов являются действующими аппаратами, все остальные в полной мере можно признать мусором. Размер обломков, остающихся после запусков, может быть не более 1 см, но из-за огромных скоростей вращения вокруг планеты столкновение даже с таким крохотным фрагментом может привести к фатальным последствиям для любого космического аппарата.

Космический мусор — результат каждого запуска ракеты с Земли

Всего на орбитах нашей планеты насчитывается неопределённое количество обломков. По разным оценкам их суммарный вес доходит до 5000 тонн, а общее число фрагментов — до 100 тыс., однако в каталогах отслеживания различных космических стран числится всего лишь 15–16 тыс. обломков. Все остальные орбитальные объекты потенциально могут угрожать освоению человечеством ближнего космоса.

Причины возникновения и основные источники

Первый мусор на околоземных орбитах появился с началом космической эры в 50-х годах XX столетия, когда на орбиту были доставлены первые спутники. Дальнейшее покорение ближнего космоса неизменно увеличивало количество мусора на околоземных орбитах.

Главными «загрязнителями» земных орбит являются основные космические державы: на Россию (СССР), США и Китай приходится более 90% всего мусора в ближнем космосе, причём доля каждой страны примерно одинакова.

Весь космический мусор имеет земное происхождение, однако сам по себе он неоднороден. Наименьшую долю в числе движущихся по орбите объектов имеют действующие космические аппараты (не более 6%). Все остальные объекты не представляют ценности и являются в полной мере мусором. Среди них порядка 20% — вышедшие из строя спутники и геостационарные объекты, 17% — разгонные блоки и отработавшие ступени ракет, оставшиеся примерно 55% — различные отходы космической деятельности и результаты столкновений и взрывов.

В чём состоит опасность

Главную опасность представляет не сам по себе мусор, вращающийся по земной орбите, а столкновения с ним. Для запускаемых с Земли космических аппаратов столкновение даже с сантиметровым фрагментом может привести к фатальным последствиям, то есть выходу аппарата из строя, его разрушению и, следовательно, образованию нового мусора. Под угрозой оказываются не только и не столько запуск человека на Международную космическую станцию и научная программа МКС, но и коммерческие запуски. Выход из строя спутников из-за столкновения с космическим мусором — это уже реальность.

Наибольшую опасность представляют небольшие обломки, так как крупных можно избежать, своевременно заметив и пересчитав траекторию полёта космического аппарата.

Ещё одна опасность космического мусора, грозящая деятельности человечества, — это падение фрагментов на поверхность планеты. В отличие от орбитальных столкновений в этом случае основную опасность представляют крупные обломки — ведь именно у них есть шанс хотя бы частично долететь до поверхности, не сгорев в верхних слоях атмосферы. В такой ситуации остаётся лишь надеяться, что фрагменты упадут в пустынной местности, а не на какой-нибудь крупный город.

Эффект Кесслера

Эффект (синдром) Кесслера — гипотетическая ситуация, при которой накопившийся на земной орбите мусор сделает ближний космос недоступным для человечества. Своё название синдром получил по имени консультанта космического агентства НАСА Дональда Кесслера, впервые детально представившего такой сценарий в своих исследованиях.

Суть эффекта Кесслера состоит в постоянно повышающейся плотности объектов на околоземной орбите и, следовательно, увеличении вероятности столкновения двух крупных объектов. Результатом такого столкновения должно стать образование множества более мелких осколков, таким образом, каждый из них также в дальнейшем может столкнуться с другими осколками. По мнению Кесслера, нарастание плотности космического мусора будет расти по экспоненте.

Особенно опасным считается крупный взрыв или столкновение на орбите Земли, в результате чего ближнее космическое пространство может быть полностью загрязнено осколками, и после этого космос для человека станет полностью недоступен.

Эффект Кесслера может сделать космос недоступным для человека

Согласно расчётам НАСА, уже в 2007 году на околоземной орбите (от 200 до 2000 км над поверхностью Земли) было достаточное для начала реализации сценария эффекта мусора. Вероятные крупные столкновения должны в среднем совершаться каждый 5 лет даже в том случае, если все дальнейшие космические запуски будут отменены.

Методы удаления космического мусора

Эффективных способов борьбы с космическим мусором человечество пока не разработало. Учёные предлагают несколько вариантов решения проблемы, однако каждый из них выглядит либо фантастически дорогим, либо нереализуемым в рамках современного состояния науки, а чаще всего соединяет оба этих недостатка. Однако, так как угроза космического мусора реальна, предлагаются наиболее реалистичные варианты очистки околоземного пространства. Среди них можно выделить три основных метода борьбы: сбор, утилизацию и коррекцию траекторий полёта.

Одна из самых рациональных идей, предложенных НАСА — использовать мощные наземные лазерные установки непрерывного действия. В качестве разновидности этого метода выступает использование космических лазерных установок.

Конечно же, воображение рисует картины в духе «Звёздных войн», где обломки аннигилировались бы с помощью выстрела из лазерной пушки. Однако реальность несколько более тривиальна. С помощью лазеров можно лишь скорректировать траекторию полёта фрагментов, что позволило бы избежать столкновения. Для этого на каждый обломок должно воздействовать лазерное излучение в ежедневном режиме на протяжении 1–2 часов. Это позволит скорректировать скорость движения на считанные сантиметры в секунду, но из-за громадных показателей скорости такое воздействие значительно изменит траекторию. Лишь такая модель позволит реализовать идею в приемлемых ценах — одна лазерная установка, а также сопутствующая ей инфраструктура обойдётся «всего лишь» в несколько десятков миллионов долларов.

Борцам с космическим мусором приходится брать на заметку идеи из «Звёздных войн»

Читать еще:  Кто такие бояре

Европейское космическое агентство разработало несколько альтернативных идей.

  • Сходная с лазерными установками концепция, в которой вместо них применяется реактивная струя. Обстрел реактивной струёй с Земли невозможен, так что для реализации потребуются мощные космические аппараты. Естественно, такая идея может быть реализована исключительно при обстреле крупных космических объектов, угрожающих планете или стационарным спутникам.
  • Захват мусора с помощью сети и дальнейшая транспортировка обломков на орбиту захоронения, превышающую геостационарную орбиту на 235 километров. Именно эта высота выбрана в качестве места утилизации отработавших своё спутников. Однако подобный эксперимент японских учёных с попыткой захвата мусора с помощью 700-метровой сети провалился в конце 2016 года.
  • Согласно ещё одной концепции транспортировку должен осуществлять космический аппарат, использующий солнечный парус в качестве источника энергии движения.
  • Ну и последняя идея связана с прикреплением к каждому отдельному обломку реактивного двигателя и транспортировка в ручном режиме крупных объектов на орбиту захоронения.

Сторонние концепции по борьбе с мусором и вовсе выглядят на сегодняшний день фантастическими и нереализуемыми при уровне современной научной мысли. Среди них:

  • применение роботов, транспортирующих мусор с орбиты на поверхность Земли;
  • воздействие на мусор облака вольфрамовой пыли, что увеличит вес каждого объекта и заставит их сойти с орбиты;
  • запуск специального спутника, чьим предназначением будет отлов мусорных обломков и т. д.

Как бы то ни было, человечеству придётся разработать реально действующую модель уже в ближайшие десятилетия.

Интересные факты

С космическим мусором связано несколько любопытных фактов, небезынтересных не только тем, кто напрямую занимается этой проблемой, но и для любого человека, интересующегося популярной наукой.

Скорость движения обломков в космосе очень велика, поэтому человеку тяжело бороться с космическим мусором

  • Скорость взаимного движения обломков на околоземной орбите — 10 километров в секунду. Именно высокая скорость движения является одной из главных трудностей при борьбе с космическим мусором.
  • С начала космической эры и до 80-х годов СССР и США провели в открытом космосе ряд испытаний противоспутникового оружия, итогом чего стало образование огромного количества обломков, вращающихся на геостационарной орбите. До 7% всего мусора в ближнем космосе — итог именно таких испытаний.
  • В начале нашего столетия к подобным испытаниям подключился и Китай. В 2007 году противоспутниковая ракета уничтожила отслуживший своё китайский спутник «Фэнъюнь-1». Итог — образование на орбите тысяч новых обломков.
  • В 1983 году при столкновении американского шаттла с крохотной по размерам песчинкой (0,2 мм в диаметре) на иллюминаторе аппарата образовалась глубокая трещина.
  • В феврале 2009 года произошла крупнейшая космическая авария, связанная со столкновением двух крупных геостационарных объектов. В космосе столкнулись 2 спутника связи: американский «Иридиум» и вышедший из строя российский «Космос-2251». Результат — образование около 600 крупных и мелких обломков.

Космический мусор — новая проблема, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса. Однозначного решения стоящей перед главными космическими державами проблемы нет. Все основные методы избавления от космического мусора сталкиваются либо с излишней дороговизной, либо с невозможностью обеспечить эффективное техническое решение. Однако накопление мусора на геостационарной орбите уже сейчас может угрожать не только управляемым полётам на околоземное пространство, но и самим земным поселениям. Так что поиск путей решения проблемы — одна из главных задач, стоящая перед космическими державами в ближайшей перспективе.

Одной из главных проблем, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса, является накопление на околоземной орбите вышедших из строя аппаратов и их обломков. Такие объекты получили название космического мусора. Сейчас накопление этих обломков на геостационарной орбите угрожает дальнейшему освоению человечеством ближнего космического пространства. Содержание Понятие космического мусора Причины возникновения и основные источники В чём […]

Космический мусор

Космический мусор — это, во-первых, обломки и целые части отработанных, негодных спутников, которые человечество запускало на орбиту больше пятидесяти лет. Во-вторых, это камешки и потерянные предметы, капли краски и вообще самый разнообразный мусор, который каким-то образом не сошел с орбиты и не сгорел в атмосфере Земли. Космический мусор представляет угрозу из-за цепной реакции, поскольку вращается на огромный скорости. Попадание даже капли краски на такой скорости может прострелить скафандр насквозь. Что будет, если на такой скорости попадет целый спутник? В фильме «Гравитация» это показали особенно красиво.

Лазеры научились находить космический мусор

Космический мусор, который образуется в ходе освоения и пребывания людей в космосе, с каждым годом все больше загрязняет орбитальное пространство Земли. В связи с развивающимися перспективами освоения и колонизации других планет, космический мусор образуется зачастую из-за распадающихся космических кораблей, последних ступеней ракет-носителей и различных осколков орбитальных спутников. Основная часть космического мусора распределяется на геостационарной и околоземной орбите нашей планеты, а его наличие несет существенную угрозу для безопасности спутников и космических кораблей на орбите.

Проблема космического мусора может быть решена в ближайшее время

Загрязнение окружающей среды является одной из наиболее острых проблем современности. Мы неизменно оставляем после себя беспорядок, куда бы не направились. К сожалению, это касается не только поверхности нашей планеты, но и ее орбиты. Сегодня наш вид несет ответственность за более чем 500 тысяч кусков мусора, которые вращаются вокруг Земли на феноменальных скоростях. Исследователи убеждены, что эту проблему необходимо срочно решать, так как если не убрать самые крупные куски космического мусора, риск столкновений с ними будет постоянно возрастать. Об этом свидетельствуют результаты исследования, опубликованного в журнале Acta Astronautica.

Российские спутники получат функцию самоуничтожения. Космического мусора станет меньше?

За все время своего существования, человечество превратило планету Земля в гигантскую мусорную свалку. Масштаб загрязнения настолько огромен, что на данный момент мусор можно найти не только на суше и водных глубинах, но и на околоземной орбите. Только вдумайтесь — за полвека существования космонавтики, люди отправили в космос сотни тысяч различных спутников, большинство из которых до сих пор летает вокруг нашей планеты. Если мы не очистим это пространство, через 100-200 лет космонавты попросту не смогут вылететь в космос, потому что вокруг Земли образуется плотный слой из обломков старых спутников.

Читать еще:  Какое животное считается в Индии священным

MIT и ЕКА предложили создать рейтинг безопасности спутников

Поскольку аэрокосмические компании обещают наводнить земную орбиту тысячами новых спутников в течение следующего десятилетия, эксперты отрасли говорят, что пришло время классифицировать этих операторов в зависимости от их стремлений сохранить космос безопасным и чистым. Система рейтинга поможет компаниям оставаться честными и обеспечит орбиту Земли открытой для бизнеса и свободной от излишних обломков, мусора и спутников.

В России разрабатывают спутник для переработки космического мусора

Проблема космического мусора с каждым годом становится все острее. По современным оценкам в районе низких околоземных орбит вплоть до высот около 2000 километров находится до 300 тысяч техногенных объектов общей массой до 5 тысяч тонн. Согласно статистическому анализу, размер 60-100 тысяч этих объектов составляет более 1 сантиметра в диаметре. При этом точной цифры не знает никто. Для Земли относительно безопасен. Как правило, мелкие его части сгорают в атмосфере. Крупные, в редких случаях, планету все-таки падают, но к настоящему моменту еще не было зафиксировано случаев падения этого мусора в жилых зонах. В то же весь этот мусор представляет большую опасность для спутников, а также для грузовых и пилотируемых кораблей, поэтому неудивительно, что многие частные и государственные организации по всему миру пытаются разработать системы, которые позволили бы сделать наше околоземное пространство чище.

Армады спутников на орбите могут закрыть для нас космос

Когда на этой неделе Индия сбила один из своих собственных спутников ракетой, администратор NASA Джим Брайденстайн не удивился. Однако выразил свое недовольство: «Создавать поля космического мусора намеренно — неправильно… Если мы замусорим космос, мы не вернем его». Проблема космического мусора только усугубляется: мертвые спутники, отработанные ракеты, мусор предыдущих столкновений — все это угрожает рабочим спутникам, людям в космосе и даже Международной космической станции.

Взрывное испытание ESA уменьшит количество космического мусора

Космический мусор уже считается огромной проблемой, которая мешает человечеству проводить испытания на околоземной орбите. Причиной возникновения огромного количества мусора являются батареи, которые используются в спутниках и могут взорваться из-за большого напряжения, механических повреждений и других факторов. По данным Европейского космического агенства ESA, за всю историю уже произошло около 250 взрывов спутников, осколки которых до сих пор летают вокруг Земли.

На Землю в этом году может упасть старый советский зонд для исследования Венеры

На земной орбите присутствует очень много космического мусора. В основном это мелкие частицы размером от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Как правило, такой мелкий мусор для Земли опасности никакой не представляет. Попадая в атмосферу, эти частицы быстро сгорают и до поверхности не добираются. По крайней мере, как сообщает портал Science Alert, на сегодняшний момент не было подтвержденных случаев падения космического мусора кому-то на голову. Все может измениться уже в этом году, если конечно очень сильно не повезет. Ведь на этот раз речь идет о целом неисправном советском космическом зонде «Космос-482» весом почти 500 килограммов. Почему такая уверенность? Дело в том, что зонд обладает очень мощной термозащитой, поэтому аппарат может целиком и не сгореть при входе в атмосферу.

Эксперимент по захвату космического мусора с помощью гарпуна оказался успешным

Экспериментальный британский зонд RemoveDEBRIS успешно справился со второй частью испытаний систем для сбора космического мусора, впервые произведя в космических условиях захват объекта с помощью гарпуна, сообщается в пресс-релизе, опубликованном на Университета Суррея. Напомним, что в ходе первого испытания, проводившегося в сентябре прошлого года, аппарат захватил макет мусора с помощью ловчей сети, впервые показав реальный потенциал использования подобных технологий для очистки околоземного пространства.

Проведено успешное испытание захвата космического мусора сетью

Космический аппарат RemoveDEBRIS, отправленный на МКС с помощью ракеты-носителя компании SpaceX летом этого года, смог захватить сетью импровизированный обломок космического мусора, находящегося на орбите планеты, впервые продемонстрировав реальный потенциал данной технологии отчистки околоземного космического пространства.

Мусорный пояс

Сколько обломков космических аппаратов находится на орбите и как их оттуда убрать

Ракета-носитель Falcon 9 несколько дней назад вывела на орбиту космический грузовик Dragon, на борту которого находится экспериментальный космический мусорщик, аппарат RemoveDebris. Он позволит проверить на практике технологию уборки отработавших свое космических аппаратов и их фрагментов с помощью гарпуна и сети. Насколько замусорено околоземное пространство? Хватит ли в нем места для новых спутников? Мы решили разобраться в этом вопросе с помощью научного сотрудника Института прикладной математики имени М.В. Келдыша Михаила Захваткина.

Таким аппаратам, как RemoveDebris, будет чем заняться. Согласно данным программы NASA по изучению космического мусора, количество мусорных объектов размером больше 10 сантиметров приближается к 20 тысячам, а их суммарная масса — к 8 тысячам тонн, при этом большая их часть — обломки космических аппаратов.

По расчетам Европейского космического агентства, число объектов размером больше одного сантиметра достигает 750 тысяч, а фрагментов меньшего размера может быть в тысячи раз больше. Огромное количество мелких фрагментов микронного размера порождает работа двигателей, среди них очень много мелких частичек краски, и эта рукотворная пыль уже сегодня наносит реальный ущерб, оставляя дыры и микрократеры в корпусах и на солнечных батареях космических аппаратов.

Откуда берется мусор

Микрократер от удара частички космического мусора на стекле иллюминатора шаттла «Индевор» (миссия STS-126)

Рост числа объектов космического мусора размером больше 10 сантиметров. Линии обозначают (сверху вниз): 1. Общее количество объектов на орбите; 2. Мелкие обломки, возникшие в результате разрушения спутников; 3. Космические аппараты; 4. Фрагменты, отделившиеся от космических аппаратов в результате штатной работы; 5. Верхние ступени ракет.

Читать еще:  Какую муку можно использовать при правильном питании

Хотя синдром Кесслера — неконтролируемую цепную реакцию разрушения аппаратов на орбите и превращение околоземного пространства в запретную зону — мы пока можем наблюдать только в фильмах, таких как «Гравитация» или «Валли-И», космический мусор уже сейчас становится ощутимой помехой. Достаточно вспомнить, что Международной космической станции (МКС) регулярно приходится корректировать орбиту, чтобы избежать столкновений, а еще чаще космонавтам приходится бросать все дела и забираться в корабль «Союз», чтобы переждать момент опасного сближения станции c фрагментом космического мусора. Детали, доставленные на Землю с МКС, часто несут микроповреждения — следы ударов мелких мусорных обломков.

След удара микроскопического фрагмента космического мусора

«Хотя влияние атмосферы ощущается на высотах до 1500 километров, действительно эффективно атмосферный тормоз работает только на низкой околоземной орбите, то есть на орбитах высотой до 500–600 километров. В этой зоне спутники без постоянного подъема орбиты с помощью двигателей могут просуществовать максимум пару десятков лет, затем они войдут в атмосферу и сгорят. Но уже на высотах 700-1000 километров космические аппараты могут находиться 50-100 лет, то есть в масштабах человеческой жизни — практически вечно. Причем эти орбиты наиболее популярны, там очень много солнечно-синхронных спутников, потому что им не нужно тратить много топлива, чтобы поддерживать эту орбиту. На эти высоты запускают много аппаратов, потому что они могут выжить там достаточно долго», — говорит ученый.

Распределение количества спутников в зависимости от высоты орбиты

«На низких орбитах вращается 13 тысяч спутников, за 200 лет при самом негативном сценарии их число возрастет до 100 тысяч, а значит, вероятность столкновений вырастет примерно в 100 раз. Сегодня вероятность катастрофического столкновения — примерно один раз в пять лет, с ростом вероятности столкновений мы получаем значение примерно 20 инцидентов в год на популяцию в 100 тысяч аппаратов. Это не настолько высокий риск, чтобы сделать запуск спутников в эту зону коммерчески бессмысленной», — объясняет Захваткин.

Однако, полагает ученый, не следует усугублять проблему, оставляя ее решение будущим поколениям, поэтому меры для борьбы с загрязнением околоземного пространства нужно прорабатывать уже сейчас.

Чисто там, где не сорят

Для начала неплохо бы сделать так, чтобы космического мусора не становилось больше, а для этого необходимо, чтобы космические аппараты не взрывались. Главным источником мелких фрагментов на орбите сегодня являются не столкновения спутников друг с другом (пока нам известно только одно такое событие — столкновение «Иридиума» с «Космосом», о котором шла речь выше), а так называемые «события фрагментации», разрушение аппаратов по различным внутренним причинам.

Согласно подсчетам NASA, по состоянию на август 2007 года было зафиксировано 194 случая взрывного разрушения спутников, верхних ступеней ракет и разгонных блоков, и еще 51 аномальное событие — отделение каких-либо фрагментов (солнечных панелей, кусков теплоизоляции, деталей конструкций) от оставшегося целым аппарата. При этом взрывы аппаратов на орбите являются источником около 47 процентов общего количества объектов космического мусора.

Космические аппараты взрываются в основном из-за перегрева остатков топлива в баках — по этой причине взрывные разрушения происходят более чем в 45 процентах случаев. Один такой инцидент, широко освещавшийся в прессе, произошел 19 октября 2012 года, когда на орбите взорвался разгонный блок «Бриз-М», образовав облако из более чем 100 обломков. Совсем недавно, полтора месяца назад, взорвался дополнительный топливный бак разгонного блока «Фрегат», который использовался для вывода спутника «Ангосат-1», — после этого в каталоге космических объектов появилось еще 25 обломков.

«Эту проблему решить достаточно просто — нужно обеспечить пассивацию отработавших аппаратов, то есть встраивать в баки клапаны, которые стравливали бы пары топлива, либо обеспечивать работу двигателей до его полной выработки, желательно при этом понижая орбиту аппаратов», — говорит Михаил Захваткин.

Однако, отмечает он, при сохранении текущей частоты запусков новых космических аппаратов на низкие орбиты и принятии существенных мер по уводу отработавших спутников и пассивации общее число объектов размером больше 10 сантиметров все равно возрастет на 30 процентов за следующие 200 лет. «При этом основную роль в росте этого числа будут играть столкновения спутников в той самой перенаселенной области высот 700-1000 километров, наиболее крупные из которых будут происходить раз в 5-9 лет», — объясняет ученый.

Как убрать за собой

Правила, позволяющие предотвратить увеличение мусорной нагрузки на орбите, давно разработаны — существуют рекомендации ООН, соответствующий стандарт утвержден ISO. Однако пока юридически обязывающего международного договора в этой области нет, и каждая страна руководствуется собственными правилами, порой действуя в ущерб общих интересам, Так, Китай в 2007 году сбил ракетой собственный метеоспутник, в результате чего на орбите появилось более 2 тысяч новых фрагментов космического мусора.

Общие рекомендации, в целом, довольно просты — следует уводить отработавший аппарат туда, где он не будет мешать новым спутникам, и, если возможно, направлять его на низкие орбиты, чтобы он сгорел в атмосфере. Пока это правило в целом выполняется только применительно к аппаратам, находящимся на геостационарной орбите высотой 36 тысяч километров. Место на геостационаре — ресурс дефицитный, поэтому отслужившие свое геостационарные спутники выводятся на «орбиту захоронения» на 100-200 километров выше, объясняет Захваткин. Однако на других орбитах это правило выполняется далеко не всегда.

Различные варианты устройств для свода спутников с орбиты путем торможения (сверху вниз слева направо): 1. С помощью надувного баллона с газом — за счет сопротивления воздуха; 2. С помощью пленки, натянутой на телескопических штангах, — за счет сопротивления воздуха; 3. Лента с противовесом — за счет градиента гравитации; 4. Проводящий трос — за счет магнитных полей.

Источники:

http://theecology.ru/interesnoe/kosmicheskiy-musor-problemyi-i-puti-resheniya
http://hi-news.ru/tag/kosmicheskij-musor
http://nplus1.ru/material/2018/04/03/space-debris

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector