Загрязнение космоса

Содержание

Катер РЅР° воздушной подушке «РЎРµРІРµСЂ-2»

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.

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»

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 2020 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.

Проект космического забора

Хотя программа космического забора не сможет снизить количество космических обломков на орбите, она позволит лучше отслеживать, что там уже находится. Космический забор — это по сути система цифровой радиолокации, которая разворачивает виртуальный забор вокруг планеты и может отслеживать обломки до 10 сантиметров, используя оптические датчики и длины волн более высокой частоты, чем сейчас.

Возможность отслеживать небольшие объекты в дополнение к более крупным позволит ученым лучше прогнозировать движения таких объектов в будущем, а также направлять космонавтов и спутники точнее и безопаснее. Это небольшой шаг в правильном направлении: нам нужно повышать возможности контроля.

В компьютерных играх

Что же делать с «небесной свалкой»?

Есть ли пути решения у этой проблемы? Кто и как будет убирать мусор на околоземной орбите?

Человечество пока не способно эффективно предотвращать появление новых космических «отходов», и еще не предложено реальных проектов их уничтожения. Единственное, что нам по силам, это наблюдать за перемещениями опасных объектов и обозначать места их наибольшего скопления.

МКС приходится регулярно маневрировать, чтобы избежать столкновения с летающими на орбите обломками

Правда, изучаются и другие способы поддержания околоземного пространства в чистоте, главным образом они направлены на снижение количества мусора:

• Уменьшение размеров космических аппаратов. В последние годы все большую популярность получают микроспутники — кубсаты и таблетсаты. Принципиально это проблему не решает, но значительно уменьшает массу космических аппаратов – потенциальных источников орбитального хлама;
• Увеличение продолжительности жизни космических аппаратов. Это также приводит к уменьшению общего числа объектов на орбите. Если первые спутники работали в среднем по пять лет, то их современные аналоги могут функционировать пятнадцать и более лет;
• Повторное использование техники. Данный подход применяется в космонавтике уже давно: американцы несколько десятков лет эксплуатировали многоразовые шаттлы. В наше время эстафету принял Илон Маск – его «Фальконы» имеют возвращаемую ступень.

К пассивным методам решения вопроса также можно причислить маневрирование на орбите, усиление корпусов спутников, оснащение их различными щитками и экранами.

Проблема космического мусора уже давно вышла на наднациональный уровень. Она имеет множество аспектов: технических, научных, экологических, юридических. В разных странах для ее решения созданы специальные организации: в США – это, например, NASA Orbital Debris Observatory, в ЕС – ESA Space Debris Telescope (EISCAT), в России – комплекс распознавания космических объектов «Крона» и др.

Характеристики космического мусора

В настоящее время в районе низких околоземных орбит вплоть до высот около 2000 км находится, по разным оценкам, порядка 220 тыс. (300 тыс. по данным Управления ООН по вопросам космического пространства, октябрь 2009) техногенных объектов общей массой до 5000 тонн. На основе статистических оценок делаются выводы, что общее число подобных объектов поперечником более 1 см достаточно неопределенно и может достигать 60 000—100 000. Лишь небольшая их часть (порядка 10 %) была обнаружена, отслеживается и внесена в каталоги с помощью наземных радиолокационных и оптических средств. Например, на 2013 год каталог Стратегического командования США содержал 16 600 объектов (в основном, размером более 10 см), большая часть которых была создана СССР, США и Китаем. Российский каталог, ГИАЦ АСПОС ОКП (ЦНИИмаш), содержал в августе 2014 года 15,8 тыс. объектов космического мусора, а всего на околоземных орбитах находилось более 17,1 тыс. объектов (включая действующие спутники), столкновение с любым из которых приведет к полному разрушению КА.

Около 6 % отслеживаемых объектов — действующие. Около 22 % объектов прекратили функционирование, 17 % представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей, и около 55 % — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации.[источник не указан 1489 дней]

Большинство этих объектов находится на орбитах с высоким наклонением, плоскости которых пересекаются, поэтому средняя относительная скорость их взаимного пролета составляет около 10 км/с. Вследствие огромного запаса кинетической энергии столкновение любого из этих объектов с действующим космическим летательным аппаратом может повредить его или даже вывести из строя. Примером может послужить первый случай столкновения искусственных спутников: Космос-2251 и Iridium 33, произошедший 10 февраля 2009 года. В результате оба спутника полностью разрушились, образовав свыше 600 обломков.

Наиболее засорены те области орбит вокруг Земли, которые чаще всего используются для работы космических аппаратов. Это НОО, геостационарная орбита (ГСО) и солнечно-синхронные орбиты (ССО).

Вклад в создание космического мусора по странам: Китай — 40 %; США — 27,5 %; Россия — 25,5 %; остальные страны — 7 %.; по другим оценкам (на 2014 год): Россия — 39,7 %; США — 28,9 %; Китай — 22,8 %, остальные страны — 8,6 %.

Литература

Важнейшие события, повысившие засорённость космоса

С 1968 по 1985 США и СССР проводили испытания противоспутникового оружия. К 1990 году около 7 % отслеживаемого мусора было создано в результате 12 подобных испытаний.

Испытание Китаем противоспутниковой ракеты в январе 2007 г

11 января г. на высоте 865 км китайская противоспутниковая ракета уничтожила отработавший свой срок китайский спутник «Фэнъюнь-1C», столкнувшись с ним встречным курсом. В результате появилось множество новых обломков. США смогла каталогизировать около 2,8 тысяч из них, увеличив каталог крупного мусора на низких околоземных орбитах до 7 тысяч.

Ликвидация США неисправного спутника

Основная статья: USA-193

20 февраля г. на высоте 250 км ракета SM-3 уничтожила неисправный спутник-шпион, имеющий в баках около 400 кг ядовитого гидразина (а также из-за опасности рассекречивания). Из-за небольшой высоты большинство осколков, скорее всего, относительно быстро вошло в атмосферу.

Столкновение российского и американского спутников

Основная статья: Столкновение спутников Космос-2251 и Iridium 33

10 февраля 2009 года на высоте около 790 километров над северной частью Сибири зафиксирован первый случай столкновения двух искусственных спутников в космосе. Спутник связи «Космос-2251», запущенный в 1993 году и выведенный из эксплуатации, столкнулся с коммерческим спутником американской компании спутниковой связи Иридиум. В результате столкновения образовалось около 600 крупных обломков, большая часть которых останется на прежней орбите. Службам США удалось каталогизировать около 1,8 тыс. осколков.

ЗИЛ-164 Расход топлива Размеры Грузоподъемность Объем бака История

Космический мусор вынудил МКС трижды менять курс в 2014

Космический мусор доставил МКС проблем

Не забывайте, что даже незначительное изменение положения МКС требует нескольких дней для маневра. В 2014 году Международная космическая станция была вынуждена трижды менять положение, чтобы избежать возможного катастрофического и смертельного столкновения

Что более важно, 2014 год не был чем-то особенным по части таких маневров. Мусор постоянно отслеживается с Земли и на борту МКС, так что изменения орбиты происходят постоянно

Однако бывают времена, когда мусор замечают слишком поздно, чтобы успеть передвинуть МКС. В такие напряженные моменты все астронавты отсиживаются в укрытии.

Навигация

Оценки

Методы удаления мусора

Сегодня о том, что избавляться от накопившегося мусора на орбите нужно, не остается ни у кого сомнений. Иначе отходы будут попросту увеличиваться ежегодно, даже если люди прекратят запускать космические аппараты на орбиту. Но, к сожалению, эффективные методы удаления мусора пока остаются на бумаге.

Проблемой космического мусора занялись ученые еще в эпоху СССР, когда стали создаваться разные организации по борьбе с космическим мусором.

Сегодня действует координационный комитет “Триолан”, основанный национальными космическими объектами.

Предлагаются разные методы борьбы с загрязнением орбиты:

• Строительство грандиозного космического лифта или электродинамической станции отслеживания космического мусора, позволяющих замедлить скорость летящих кусков с последующим сгоранием в атмосфере.
• Тщательный контроль за запусками ракет.
• Усиление защиты космического оборудования от попадания мелких частиц
• Дополнительная закладка топлива на спутнике с целью выведения мусора из орбит.

Широко обсуждается идея использования наземного лазера, способного заставлять космические объекты и спутники падать в нужном направлении на землю или сгорать полностью в атмосфере.

Также ведутся споры о создании гигантского блока из аэрогеля (легкий пористый материал) для приёма на себя ударов частиц мусора. Однако данные методы пока работают плохо, и космос ежегодно загрязняется обломками с орбиты.

Другие альтернативные идеи для борьбы с космическим мусором, предлагаемые европейским космическим агентством:

Применение реактивной струи с установкой на мощных космических аппаратов.

1. Установка сети (длиной 700м) для захвата хлама с последующей перевозкой, захоронением выше 240 км от Земли.
2. Использование солнечного паруса (двигателя, использующего космический мусор) — источника энергии движения с космическими агрегатами для транспортировки мусора.
3. Подключение роботов (средств обнаружения) с целью транспортировки мусора вокруг земли·        использование облаков вольфрамовой пыли для воздействия на хлам и изгнания его с орбиты.

Пока все технологии сжигания мусора в атмосфере остаются на бумаге. Самая рациональная идея — установка мощного лазера с непрерывным действием, позволяющего корректировать скорость движения обломков и даже изменить их траекторию.

Но 1 лазерная установка с соответствующей инфраструктурой обойдется в 10 млн.$, да и многие страны запрещают ввоз оружия на орбиту. Для решения вопросов необходимо заключать международные соглашения.

Стоит знать! Ученые ищут оптимальные способы для отслеживания обломков и метеоритного дождя, ведь скорость движения в космосе до 10 км в секунду, что представляет особые трудности.

Предполагается использовать мощные спутники, способные охватывать обломки, направляя в сторону планеты.

Основные помощники – лазеры, дающие возможность чистить орбиты, находить остатки отработанных космических кораблей, проводить археологические раскопки. Однако многие идеи остаются нереальными или дорогостоящими.

Радиоактивные отходы в космосе

Иллюстрация падения советского спутника с ядерным реактором на территорию Канады.

Особую угрозу представляют 50 спутников, на борту которых находятся радиоактивные материалы в ядерных реакторах или в генераторах радиоизотопов с термоэлектрическим преобразователем. В 1978 году советский спутник с ядерной установкой «Космос 954» с 30 кг обогащенного урана на борту случайно приземлился на севере Канады и разбился.

В последующих спутниках этого типа советские конструкторы уже спроектировали выброс активной зоны реактора из остальной части корабля в конце полета. Таким образом, ядерное топливо может гореть в атмосфере, а не падать на Землю вместе со спутником.

Хотя эта программа была полностью завершена в 1988 году, и с тех пор на орбиту не выводились новые ядерные реакторы, это не означает, что проблема исчезла. В 1989 году во время эксперимента, финансируемого НАСА, радар Голдстоуна Лаборатории реактивного движения в Южной Калифорнии обнаружил большое облако натриево-калиевых капель. Как позже выяснилось, это была утечка теплоносителя из ранее забракованной активной зоны реактора одного из спутников этой серии.

Объекты размером менее 0,1 мм не так опасны, как более крупные обломки. Но что происходит с космическим мусором дальше? В большом количестве его фрагменты долгое время бомбардируют космический корабль, могут нанести ущерб и даже вывести его из строя.

Наиболее многочисленными являются частицы выхлопных газов, исходящие от твердотопливных ракет. Даже правильно работающие двигатели могут выбрасывать как колоссальное количество микрочастиц оксида алюминия, так и шлак сантиметрового размера.

Хотя в последние 10 лет такие ракеты все реже и реже используются в космосе, количество отходов, которые они оставляют, растет с каждым годом. Это связано с тем, что для современных тяжелых космических кораблей требуются двигатели большего размера, которые выбрасывают больше шлака.

В чем же суть проблемы?

Изначально проблема накопления мусора в космическом пространстве, окружающем Землю, была поставлена ещё в середине двадцатого века, когда СССР готовил к запуску самые первые искусственные аппараты. Официальной же на международной арене эта проблема стала только в 1993 году после выступления Генсека Организации Объединённых Наций по вопросу влияния космических программ на состояние окружающей среды. В этом выступлении он особенно отмечал, что данная проблема имеет интернациональный, планетарный масштаб: «Нельзя говорить, что засоряется околоземное пространство какой-то отдельной страны, засоряется космическое пространство всей планеты, что отрицательно влияет на все государства в равной степени».

Необходимость уменьшения интенсивного засорения околоземного пространства объектами технического происхождения становится очевидной, если рассмотреть возможные варианты развития событий, по которым будет происходить освоение космоса в дальнейшем. Есть множество версий, согласно которым уже в недалёком будущем количество мусора на орбите будет активно увеличиваться за счёт «каскадного эффекта».

Поговорим подробнее о синдроме. Возникает своеобразный коварный «эффект домино». Два довольно крупных объекта, столкнувшись, порождают огромное число новых обломков. В свою очередь, любой из этих обломков может пережить столкновение с ещё одним объектом. Таким образом, запускается «цепная реакция» возникновения всё большего и большего числа осколков. Если подобных столкновений будет достаточно много, ввиду лавинообразного возникновения новых обломков, низкие околоземные орбиты могут стать совершенно непригодными для полётов. Уже к 2055 году саморазмножение подобных объектов принесёт человечеству серьёзные проблемы, и поэтому пути их решения должны быть разработаны как можно скорее.

Трициклическая мочевина

Индивидуальные вещества используемые в практике

Виды последствий космического засорения

К наиболее опасным негативным последствиям от влияния космического мусора можно отнести следующие:

• Экологический ущерб для Земли. Само по себе наличие техногенного мусора в пределах околоземной орбиты влечет изменение экологического фона и нарушает первозданную чистоту среды нахождения. По данным астрономов-наблюдателей, уже сейчас прогрессирует процесс снижения прозрачности околоземного пространства, что также объясняет наличие помех для работы радиотехнического оборудования. Непосредственно для Земли можно отметить опасность падения компонентов с топливными материалами, обеспечивающими работу реактивных двигателей.
• Падение мусора на Землю. Даже без радиоактивного эффекта падение техногенных отходов из ближнего космоса может привести к катастрофическим последствиям. На сегодняшний день наиболее крупные приземлившиеся объекты имели массу не более 100 т, но серьезных угроз для планеты это не представляло. С другой стороны, по мере увеличения интенсивности засорения околоземной орбиты и этот сценарий будет становиться все более мрачным.
• Опасность космических столкновений. Не стоит недооценивать вред космического мусора для используемой в обеспечении полетов техники. Те же удары крупных и малых частиц могут приводить к существенным нарушениям в работе аппаратов, а большие аварии ставят под угрозу перспективы реализации дорогостоящих амбициозных проектов.

Снимки из космоса

Литература

См. также

Модификации

Литература

Металлолом в топливо? Но как?

Впрочем, и с переработкой не всё гладко. Елисей Маслов, инженер-конструктор третьей категории, работающий в настоящее время в частной российской космической компанииКосмокурс», высказал такое мнение:

Перед нами крайне сомнительный проект. Предполагается перерабатывать и сжигать в ракетном двигателе конструкцию космического аппарата(или его обломков), которые подбираются в космосе будучи в неизвестном техническом состоянии. По предложению автора проекта, „охотник“ будет каким-то образом выпаривать из обломков кислород и водород, что уже само по себе является трудновообразимым. Все космические аппараты, которые остались на орбитах Земли, с очень большой вероятностью или выработали свой запас топлива, или специально выпустили его в космическое пространство. Попытка искать топливо на спутнике с высокой вероятностью закончится взрывом. Даже если нет — запасы горючего такого „охотника“ быстро иссякнут.

Про сжигание космического мусора в ракетном двигателе может говорить только тот, кто не знает, как работает техника. Жидкостный ракетный двигатель — это не крематорий, где волшебным образом исчезает всё, что только можно. Быстро сломаться от неправильного использования может любая техника, высоконапряжённый ракетный двигатель — не исключение.

С технической стороны к данному проекту есть ещё десятки вопросов, которые, вероятно, останутся без ответов. Автором запрашивается 100 млн долларов на проект, но и эта сумма сомнительна, потому что только на запуск „охотника“ потребуется не менее половины от этой суммы, а его создание обойдётся сильно дороже. На „охотнике“ также должны присутствовать несколько других сложных и высокотехнологичных систем, которые позволят ему выполнять целевую функцию. Обещание создать их в рамках обозначенного бюджета больше походит на авантюру».

Проект космического аппарата для сбора и утилизации мусора на орбите Земли(фото: РКС)

Как бороться с космическим загрязнением

Сегодня не существует эффективных практических мер по очищению околоземного пространства от загрязнения. Поэтому международное сотрудничество приоритетно занимается развитием обеспечения безопасности полетов.

Какие есть направления:

1. Мониторинг за экологической обстановкой, регистрация нового мусора в каталогах.
2. Моделирование космического мусора с помощью математических расчетов.
3. Развитие систем, которые смогут прогнозировать опасность загрязнения для полетов и осуществлять контроль над сближением мусора и космических объектов.
4. Создание средств защиты, которые спасут космическую аппаратуру от повреждений, если она столкнется с мусором.
5. Внедрение мероприятий по сокращению засорения.

Ниже описаны последние разработки:

1. «Лазерная метла». Суть метода заключается в том, лазер обнаруживает мусор и воздействует на него. Его цель не разрушение, а только изменение скорость. Такое возможно из-за воздействия светового давления. «Лазерная метла» осуществляет свою работу с космоса и с Земли. Поэтому есть 2 названия: «Система космического базирования», «Система наземного базирования». Метод малоэффективен. Скорость движения частиц – 7,2 км/сек. Чтобы изменить орбиту одного небольшого обломка, нужно воздействовать на него лазером несколько суток.
2. «КлинСпейс Ван». Проект, предложенный университетом Лозанны, Швейцария. На орбиту отправляется наноспутник. Он, приблизившись к вышедшему из строя космоаппарату, хватает его. Далее наноспутник падает на Землю. Стоимость строительства и запуска такого спутника – 200 тысяч долларов, что в разы меньше, чем убыток от разрушения спутника связи. Урон оценивается в таком случае в десятки миллионов долларов.
3. Солнечный парус. Идея Суррейского института в Великобритании. Суть в том, что спутники оснащают специальным парусом. После того как аппарат перестает работать, солнечный парус тормозит его и сводит с орбиты. Тестовый вариант уже запущен на орбиту.
4. Проект GOLD. Безумная идея, предложенная в 2010 году канадскими учеными. Его суть в том, чтобы к каждому космическому аппарату прикрепляли огромный шар с гелием. Он поможет затормозить спутник. Затем в течение года происходит путь до плотных слоев атмосферы, где происходит сгорание.

Космическое загрязнение – большая проблема человечества. Если не будут приняты меры по его снижению, то закончатся полеты на орбиту. Так остановится освоение космического пространства. Радиоактивное и электромагнитное излучение, мусор из космоса наносят урон Земле.

Volkssturmkarabiner 98 (VK.98)

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.

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.

Больше всех засоряют космос Россия, США и Китай

Тихое и эффективное оружие советских моряков – торпеда парогазовая 45-36НУ образца 1939 года

В заключение

Заключение

Покорение космоса из многовековой мечты превратилось в реальность. Больше 1500 спутников нужны для военных и научных целей, обеспечения связи и интернета. Известные концерны намереваются в ближайшее время запустить более 700 спутников для создания новой сети. Достоинства обернулись минусом из-за роста объема космического мусора. Россия отвечает примерно за 40 процентов обломков. США и Китай — 29 и 23 соответственно. На остальные страны приходится примерно 8 процентов. Огромная скорость и кинетическая энергия приводят к серьезным повреждениям орбитальных станций и действующих спутников. Способы уничтожения не апробированы на практике и затратны. Откладывать утилизацию опасно и недальновидно. В ближайшие годы планируется запустить несколько проектов по эффективной очистке. Ненужный мелкий хлам проще опустить вниз для полного сгорания в атмосфере. Крупные объекты выводят в область космоса, несвязанную с вращением активных спутников.

https://youtube.com/watch?v=0MNsQAV5zNA