Как очистить орбиту от космического мусора?
Проблемы людей с мусором не заканчиваются на Земле — они следуют за нами в космос. Тысячи тонн брошенных спутников, отработанных ракетных частей и блуждающих фрагментов мусора теперь кружат вокруг нашей планеты на невероятных скоростях, и объем космического мусора растет с каждым годом.
С начала космической эры состоялось более 4900 запусков — более 6600 спутников припарковались на орбите. Из них 3600 остаются в космосе, из которых только 1000 функционирует нормально. Несомненно, мы вывели на орбиту довольно много мусора — и он вышел из-под нашего контроля. Примерно 65% орбитального мусора, входящего в каталог, произошло из-за столкновений на орбите.
Общее количество космического мусора сейчас составляет:
- 30 000 обломков больше 10 сантиметров в поперечнике
- 670 000 обломков больше 1 сантиметра
- 170 миллионов обломков больше 1 миллиметра
Среди этих объектов отработанные верхние ступени ракет, списанные или сломанные спутники, пусковые адаптеры, крышки от объективов и даже тонкие медные провода — все, что сопровождает запуск ракеты. Объекты отслеживаются US Space Surveillance Network, которая составляет каталог космического мусора от 5 до 10 сантиметров на низкой околоземной орбите и до 1 метра на геостационарной орбите.
И все-таки оно вертится
Опасность, которую представляют эти объекты для астронавтов, спутников и космических станций, далеко не шуточная. Как было прекрасно показано в «Гравитации», Первый закон движения Ньютона ведет себя как редкостный чудак на букву «м» на орбите. Весь этот мусор вращается вокруг Земли с огромной скоростью, и нет никакой атмосферы, об которую он мог замедлиться или сточиться.
10-сантиметровый кусок космического мусора может полностью разбить спутник, а сантиметровый кусочек полностью выведет из строя космический аппарат и пробьет щиты Международной космической станции. Даже миллиметровый объект может вывести из строя деликатные подсистемы.
И столкновения происходят. Первое непреднамеренное столкновение двух спутников произошло 10 февраля 2009 года в 776 километрах над Сибирью.
Частный американский спутник связи Iridium 33 и российский военный спутник «Космос-2251» столкнулись со скоростью 11,7 км/с. Оба спутника были полностью разрушены и произвели более 2200 отслеживаемых фрагментов.
Для сравнения: пассажирский авиалайнер летит в 80 раз медленнее.
Синдром Кесслера
В фильме «Гравитация» также был использован некий вымышленный сценарий. Русские использовали ракету для уничтожения одного из своих спутников.
В результате появилось массивное поле обломков, которое вращается вокруг Земли раз в 90 минут, а также вызывает цепную реакцию — синдром Кесслера — сталкивается с другими спутниками и наращивает массу.
Такая космическая лавина. И, как показал фильм, лучше не стоять у нее на пути.
На самом деле, такая ситуация уже происходила, только в значительно меньших масштабах. В 2007 году, в рамках демонстрации силы, китайские военные сбили одну из нерабочих метеорологических станций, случайно выбросив тысячи обломков мусора на орбиту.
Шансы на то, что начнется синдром Кесслера, растут с каждым годом, по мере увеличения количества барахла на орбите.
Как же все-таки убрать весь этот мусор? Сможем ли мы когда-нибудь убрать массивное поле обломков вроде того, что показали в «Гравитации»? Ответ да, однако потребуется недюжинная изобретательность и много терпения.
Немножко профилактики
Прежде чем мы займемся непосредственной очисткой, стоит поговорить о профилактике и ликвидации последствий. К примеру, мы можем начать делать спутники и космические станции более прочными. Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел). Спутники также должны быть более маневренными.
При этом мы должны сделать все возможное, чтобы предотвратить появление космического мусора. Во избежание столкновений, например, орбиты всех обломков мусора и возможных целей должны быть известны заранее.
К счастью, эта информация предоставляется каталогом U.S. Strategic Command (USSSTRATCOM).
Офис Европейского космического агентства, ответственный за космический мусор, предоставляет прогнозы событий и оценку риска столкновений в качестве сервиса для миссий ESA и третьих лиц.
Перспективные способы очистки орбиты Земли
Итак, пришло время очистить орбиту Земли от космического мусора. Ученые и инженеры предлагали массу разнообразных стратегий по активной уборке космического мусора, хорошие и не очень. Давайте пробежимся по списку наилучших кандидатов.
Старые добрые невод и гарпун
Более известная как ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE), эта идея заключается в том, чтобы отправить в космос спутник, вооруженный сетью и гарпуном. И действительно, захватывать спутники и другие объекты, сбившиеся с пути, можно обычной сетью. Этот план недорого стоит, удобен и может выехать с любой миссией на низкую околоземную орбиту.
https://www.youtube.com/watch?v=oAD9EH5Yoc4
Такие спутники могли бы маневрировать по всей НОО и убирать буквально любую цель. Более того, их можно было бы использовать многократно, а значит и убирать больше целей. Разработчики полагают, что EDDE мог бы убирать 136 объектов в три года — а 12 EDDE могли бы убрать 2465 объектов на НОО весом более 2 килограммов за семь лет.
Однако сработает такой план только с крупными объектами.
Космические воздушные шары
Зачем использовать сети, если есть воздушные шары? Эта идея называется Gossamer Orbit Lowering Device, или GOLD System, и были предложена Кристин Гейтс.
Концепция использует очень большой и тонкий воздушный шар, который будет оборачивать объект и увеличивать его аэродинамическое сопротивление в несколько сотен раз, тем самым приводя к его падению в атмосферу Земли.
GOLD System могла бы ускорить процесс естественного схода с орбиты у некоторых объектов с нескольких столетий до нескольких месяцев. Надувная система проста и эффективна, по крайней мере на бумаге.
Реактивный буксир
Для более крупных объектов можно было бы использовать отдельных суицидальных роботов, которые будут двигать спутники к повторному входу в атмосферу. Проект CleanSpaceOne от EPFL, например, включает спутниковый куб, который будет преследовать, захватывать и уничтожать космический мусор. Правда, стоимость будет непомерно высока — порядка 200 миллионов долларов для каждой миссии.
Солнечный парус
Surrey Space Centre работает над HybridSail — системой, объединяющей большой развертываемый отражающий парус с тросами для буксировки объектов с орбиты. Система будет сводить объекты с орбиты за счет аэродинамического сопротивления и обмена импульсом с заряженными тросами и ионосферной плазмой.
В этой схеме небольшой спутниковый куб должен состыковаться с куском космического мусора. Затем, используя магнитную систему ориентации, он бы стабилизировал крен, тангаж и рыскание объекта. Затем развернул бы тросы и парус 5 на 5 метров, положив начало фазе схода с орбиты.
Перезагрузка низкой орбиты с вольфрамовой пылью
Мы могли бы выпустить облако вольфрамовой пыли на орбиту для создания атмосферного сопротивления на орбитальных высотах. С уменьшением скорости целостность орбит тысяч обломков космического мусора была бы нарушена. Небольшие кусочки мусора постепенно сходили бы со своих орбит в течение нескольких десятилетий (решение не мгновенное).
Чтобы это сделать, нужно выпустить облако вольфрамовой пыли — крошечные частицы не более 30 мкм в поперечнике — на высоте порядка 1000 километров, создав относительно толстый слой мелких частиц материи, которые будут полностью окутывать планету. Вольфрам, который почти в два раза плотнее свинца, прибавит существенный вес любому объекту, за который зацепится.
Идея прекрасная — идеально подойдет для синдрома Кесслера — но в случае с крупными объектами работать не будет.
Более того, она может иметь потенциально катастрофические последствия на другие орбитальные объекты вроде функционирующих спутников. Также она может повредить чувствительное оборудование вроде солнечных панелей. Следовательно, ее можно рассматривать только как модель «перезагрузки» — полное очищение земной орбиты.
Стена замерзшей воды в космосе
Этот вариант немножко странный: Ballistic Orbital Removal System. По мнению Джеймса Холлопетера из GIT Satellite, в космос можно отправить ракеты, заполненные водой.
После того как они выгрузят свой груз на орбите, появится поле кристаллизовавшейся воды, в которое будет попадать орбитальный мусор, замедляться и сходить с орбиты. Звучит странно — но идея похожа на вариант с вольфрамовой пылью.
Вода у нас водится в огромном изобилии, тогда как роботизированные спутники сложные, хрупкие и дорогие.
Перенаправление с помощью лазера
А вот работка наземным лазерам. Laser Orbital Debris Removal, или LODR, будет использовать мощные импульсные лазеры, которые будут стрелять с поверхности и создавать плазменные джеты на космическом мусоре.
Это приведет к тому, что мусор будет замедляться и повторно входить в атмосферу, падая в океан. Технологии у нас уже есть, причем лет 15 уже, только вот по плану на один объект будет уходить до миллиона долларов.
Другая похожая идея — спутник, который может выстреливать электрически заряженные атомы или ионы, постепенно замедляя и стаскивая объект на Землю.
Самосвал мусора на геостационарном кладбище
Вместо того чтобы захватывать объекты когтями, гарпунами и сетями, мы могли бы перемещать крупные объекты, не прикасаясь к ним. Кроме того, нам не обязательно сталкивать их в атмосферу — мы могли бы выводить их на геосинхронную орбиту.
Для этого спутники-уборщики должны быть оснащены электростатическим управлением и двигателями малой тяги, чтобы избегать каких-либо контактов. Как вариант приводится система GliDeR, которая будет использовать активные выбросы заряда и прямые потоки заряженных частиц в отношении мусора.
Космический мусоровоз
Представьте себе орбитальный мусоровоз, а вместе с ним и перерабатывающий завод. Дизайнер Вон Линг представил его так:
Телескоп с лазером
Международная группа ученых предлагает прикрепить гигантский лазер к космическому телескопу и взрывать с его помощью мусор на орбите.
Для устранения орбитального минного поля, в рамках предложения Acta Astronautica, за основу будет взят Extreme Universe Space Observatory (EUSO), новый японский космический телескоп, который присоединится к МКС в 2017 году.
EUSO не был предназначен для утилизации мусора — по факту, его основная задача — регистрировать ультрафиолетовое излучение высокоэнергетических космических лучей, которые входят в атмосферу Земли в ночное время.
Но мощная оптика телескопа и широкое поля зрения делают его идеальным инструментом для определения небольших скоростных обломков мусора, которые носятся вокруг МКС.
В сочетании с высокоэнергетическим лазером, EUSO становится отличным стрелком. Ебисузаки и его коллеги предлагают оснастить телескоп CAN лазерной системой, которая была спроектирована для нового поколения ускорителей частиц.
Лазеры CAN используют массив из тысяч оптоволокон, которые действуют сообща и производят мощный плазменный импульс.
Ебисузаки считает, что такой импульс способен замедлять кусок мусора, пока тот не упадет на орбиту и не сгорит в атмосфере Земли.
С глазами EUSO и силой CAN, Ебисузаки говорит, что мы сможем останавливать опасные частицы в полете и сталкивать их в атмосферу Земли. Ученые сейчас занимаются проведением небольшого эксперимента на МКС, используя 20-сантиметровую версию EUSO и мини-лазер CAN с 100 оптических волокон.
Глядя на такие усилия по очистке замусоренного нами же космоса, можно понадеяться, что небо в ближайшее время станет гораздо чище. А после этого направим определенные усилия на уборку мусора на Земле.
Источник: https://Hi-News.ru/space/kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora.html
Космический мусор вокруг земли
Чего только не летает вокруг Земли.
На ближайшей к планете орбите, на высоте до двух тысяч километров, вращается чуть ли не 2800 тонн самого разного хлама: тут и отработанные фрагменты ракет-носителей, и неисправные спутники, и обломки космических аппаратов, потерпевших катастрофу, и отвертки, и даже мусорные мешки с российской орбитальной станции «Мир», содержащие среди прочего заледеневшие фекалии… И хотя станция затонула в Тихом океане еще в марте 2001 года, некоторые такие пакеты продолжают летать в космосе.
Ни много ни мало 23 тысячи предметов диаметром от десяти сантиметров зафиксированы радарами на околоземной орбите. Они несутся в космическом вакууме со скоростью до 28 тысяч километров в час.
Кроме того, по мнению экспертов, вокруг нашей планеты по разным орбитам кружат более 170 миллионов предметов размером от одного миллиметра до одного сантиметра.
Более мелкие частицы мусора с Земли обнаружить трудно.
Со всем этим нужно срочно что-то делать. «Пора очищать космос от этого хлама», — считает Хайнер Клинкрад, руководитель Бюро по космическому мусору при Европейском космическом агентстве (ЕКА) и один из ведущих мировых специалистов в этой сфере.
Его озабоченность вполне понятна: даже самые мелкие частицы мусора, столкнувшись с Международной космической станцией (МКС) или с любым из тысячи метеорологических, телекоммуникационных, навигационных, военных и других спутников, могут серьезно повредить их или даже вывести из строя. Недаром искусственные спутники Земли застрахованы на сумму около 20 миллиардов долларов США.
«Если, допустим, в космический аппарат врежется алюминиевый шарик диаметром всего лишь один сантиметр, то последствия будут такими же, как если бы в него врезался легковой автомобиль среднего класса, движущийся со скоростью 50 километров в час», — объясняет Хайнер Клинкрад. А десятисантиметровый объект просто-напросто разнесет спутник в клочья.
Мусор из космоса может даже упасть на нашу планету. В сентябре 2011 года отслуживший свое американский метеорологический спутник UARS размером с автобус понесся к Земле и держал в страхе множество людей, пока его обломки не рухнули в Тихий океан.
Но главную опасность для космонавтики представляют столкновения крупных кусков космического мусора: врезавшись друг в друга, они «крошатся» на множество мелких фрагментов, которые, в свою очередь, могут натолкнуться на другие частицы, порождая новые обломки, — угроза для пилотируемых и беспилотных кораблей возрастает лавинообразно. Это явление называется «эффектом Кесслера» — в честь американского консультанта НАСА Дональда Кесслера, который первым описал такой гипотетический сценарий развития событий в околоземном пространстве.
Чтобы этот мрачный сюжет не стал реальностью, ЕКА предлагает кардинально улучшить «санитарную обстановку» в космосе.
Во-первых, в будущем все крупные спутники должны иметь запас топлива, достаточный для того, чтобы их можно было отправить либо на так называемую «мертвую орбиту», либо в атмосферу Земли, где они сгорят.
Во-вторых, каждый год из космоса предполагается удалять от пяти до десяти крупных объектов — чем быстрее, тем лучше. Вот только как?
Фолькер Гасс из Швейцарского космического центра при Федеральной политехнической школе Лозанны знает ответ: нам нужны роботы-уборщики. Сейчас он с группой коллег разрабатывает аппарат «КлинСпейсУан», который будет первым космическим мусорщиком.
Скоро закончится срок службы «СвиссКьюб», оставшегося от двух мини-спутников, запущенных в космос Швейцарией. (Другой — «Тлсат» — прекратил работу еще в 2011 году.) С одного из них и пойдет отсчет аппаратов, устраненных с орбиты с помощью «уборщика».
«Каждый должен подметать хотя бы у себя перед порогом», — говорит Гасс. Эта идея родилась у швейцарских специалистов после падения спутника UARS. «Мы с коллегой обедали в столовой, — вспоминает Гасс, — и он предложил собирать космический мусор с помощью роботов».
Потом кто-то набросал на салфетке схему аппарата с ионным двигателем, который должен перемещаться в космосе, захватывать своими манипуляторами мусор и уносить в сторону Земли.
Статный и энергичный Фолькер Гасс уже освоился в самых разных ролях: он выступает и как ученый-изобретатель, и как менеджер, и как мотиватор.
Но лучше всего этот человек, разрабатывавший раньше механические элементы для спутников, умеет вызывать интерес к своему проекту-прототипу стоимостью около десяти миллионов евро.
В его команде работают не только физики, инженеры и специалисты по робототехнике — советником Гасса стал Клод Николье, бывший астронавт ЕКА, который теперь рассказывает об опасностях, связанных с космическим мусором.
«Внешность» у робота-уборщика ничем не примечательна: продолговатый алюминиевый корпус размером с две-три обувные коробки, оснащенный сверхкомпактным двигателем, видеокамерой и захватным устройством.
«Руку»-манипулятор для робота Гасс конструирует в сотрудничестве с Од Бийяр, исследовательницей роботов. Как раз сейчас Бийяр тренирует в лаборатории одно из своих созданий.
Она бросает в сторону пластиковой «руки», установленной на подвижной платформе, банку кока-колы — и машина уверенно ловит ее.
Бийяр улыбается: «Робот должен уметь не только хватать и ловить предметы — главное, чтобы он научился реагировать на неожиданные ситуации».
Иллюстрация: info-step.ru
Куски космического мусора ведут себя совсем не так, как банка кока-колы в лаборатории, а, как правило, довольно быстро вращаются вокруг своей оси. «Если их попытаться схватить обычной роботизированной «рукой», то они попросту выскользнут из пальцев», — объясняет Гасс. Поэтому его группа разрабатывает альтернативный способ захвата — наподобие того, каким пользуются во время охоты актинии.
Физик Герберт Ши, приехавший в Швейцарию из Канады, уже сконструировал несколько резиновых прототипов «руки». Его план таков: четыре эластичных щупальца будут хватать объект и опутывать его. А встроенные в резиновые манипуляторы электроды позволят управлять щупальцами с Земли с помощью радиосигналов.
Кроме того, Ши разрабатывает двигатель для космического уборщика. У маленьких спутников, к которым относится и «СвиссКьюб», нет собственных двигателей. Их доставляют на орбиту ракеты, а потом они движутся благодаря взаимной компенсации центробежной силы и силы притяжения Земли. А вот уборщику двигатель нужен, иначе он не сможет отлавливать мусор.
Ши делает ставку на ионные технологии, использующиеся в космических зондах с 1990-х. В таком двигателе газ, состоящий из ионов (молекул с электрическим зарядом), разгоняется с помощью электрического поля и выбрасывается через сопло со скоростью до 144 тысяч километров в час.
Ши проводит эксперименты с жидкими ионами, пытаясь усовершенствовать существующие двигатели. Для газа необходим тяжелый резервуар, а для ионной жидкости — нет, и за счет этого Ши рассчитывает уменьшить количество топлива, необходимого для работы своего космического «дворника».
Предполагается, что ионы будут выбрасываться через сотни расположенных на задней поверхности «КлинСпейсУан» иглообразных сопел — крохотных отверстий диаметром в пять раз меньше человеческого волоса. Благодаря такому двигателю робот-уборщик окажется быстрее и проворнее любого куска мусора.
В других странах тоже ищут способы вывоза мусора из космоса. Раньше многих гражданских специалистов беспокоило то, что подобными технологиями могут воспользоваться военные, например для ликвидации враждебных спутников-шпионов. Теперь таких опасений почти не осталось.
На международных научных симпозиумах обсуждаются самые оригинальные и экзотические проекты: физики из Испании, например, предлагают удалять космический мусор с помощью ионной пушки, установленной на спутнике-уборщике. Японские инженеры изобретают гигантские сети для вылавливания мусора.
«С помощью троса длиной несколько километров можно будет за несколько недель или месяцев убрать спутники с орбиты на высоте 1400 километров», — уверен эксперт ЕКА Хайнер Клинкрад.
А немецкий производитель спутников «Астриум» и Германский центр авиации и космонавтики работают над созданием комбинированной системы ликвидации мусора и ремонта.
Предполагается, что вышедшие из строя спутники будут захватываться манипулятором, а затем либо ремонтироваться, либо уничтожаться с помощью «контролируемого падения в атмосферу». Этот проект, общая стоимость которого оценивается в 180 миллионов евро, партнеры собираются запустить уже в 2018-м.
В том же году швейцарский космический дворник должен будет забрать с орбиты первый спутник, отработавший свой век. С помощью дорогостоящей компьютерной анимации Гасс демонстрирует, как робот-уборщик подлетает к мини-спутнику, обхватывает его своими щупальцами и направляется с добычей в сторону Земли. За неделю это видео собрало на портале YouTube более ста тысяч просмотров.
Конечно, с учетом масштабов «мусорной свалки», устроенной людьми на околоземной орбите, это, скорее, напоминает попытку привести в порядок канализацию миллионного мегаполиса с помощью самой обычной зубной щетки.
Более того, чтобы ликвидировать один килограмм космического мусора — а именно столько весит спутник «СвиссКьюб», — швейцарцам придется запустить в космос робота весом целых тридцать килограммов. Причем это будет робот-самоубийца: забрав с орбиты отработавший свое аппарат, он сгорит вместе с ним в плотных слоях атмосферы.
И для каждого нового куска космического мусора придется изготавливать нового робота.
Не слишком ли это дорогое удовольствие? Нет, уверяет эксперт ЕКА Хайнер Клинкрад. По его словам, расходы на замену активной космической техники намного превышают траты на их ликвидацию.
«Мы все — в какой-то степени первопроходцы в этой области», — говорит Фолькер Гасс. Он уже думает о роботах следующего поколения, которые смогут собирать космический мусор в контейнеры и отправлять их сгорать в атмосферу.
На сегодняшний день ясно одно: если мы хотим сохранить околоземную орбиту для хозяйственного и научного использования, нужно обязательно что-то предпринимать, и чем быстрее — тем лучше.
Иначе плотный «мусорный пояс» вокруг Земли станет острейшей проблемой и серьезным препятствием для каждого, кто захочет подняться с Голубой планеты в космос. В этом сходятся все без исключения эксперты по околоземному мусору.
Источник: http://www.geo.ru/nauka/tresh-na-orbite
Что такое космический мусор и чем он опасен
Казалось бы, где находимся мы, а где космос? Разве мы можем засорять околоземное пространство? К сожалению, да. Загрязнение космоса началось еще задолго до того как Юрий Гагарин совершил свой первый полет.
Захламливание околоземной орбиты берет свое начало со времен запуска флагманских спутников.
После события мирового масштаба, когда СССР отправил за пределы нашей атмосферы «Спутник-1», прошло 60 лет, но именно ту дату, 4 октября 1958 года, принято считать переломным моментом в распространении мусора. Какая между этими событиями связь? Да самая что ни на есть прямая.
Все дело в том, что искусственный спутник доставлялся на орбиту ракетой, которая, выполнив миссию, навсегда осталась кружить в космосе по эллиптической траектории (то есть, вокруг Земли). Вслед за СССР, все самые развитые страны мира стремились отправить в космос схожие объекты.
Следующая (хотя правильнее даже сказать предыдущая) ступень в освоении космоса — пилотируемые полеты. Первый из них состоялся еще в 1861 году и уже тогда усугубил экологическую ситуацию на околоземной орбите. К этому времени вокруг Земли вращались уже тонны мусора, что было следствием неудачных попыток запусков как беспилотных, так и пилотируемых летательных аппаратов.
Вместе с космическими гонками двух сверхдержав, появлялись никому не нужны объекты, которые двигались по заданной траектории. Они до сих пор летят в непроглядной темноте.
Время от времени к полувековому мусору присоединяется новый — его количество возросло в разы, когда в космос начали запускать коммерческие объекты (в наше время каждая мало-мальски приличная корпорация обязательно имеет свой собственный спутник).
Так что же такое космический мусор? Это, по сути, те объекты, которые со временем сломались или стали совсем не нужны. Как вы уже догадались, в первую категорию входят спутники и их фрагменты, ступени и обломки летательных аппаратов.
То есть все, что по какой-то причине перестало выполнять возложенные на него обязанности. По сути, на Земле такие же вещи тоже называются мусором.
Разница только в том, то здесь мы можем достаточно легко от него избавиться (что в космосе сделать намного труднее).
Вторая категория включает в себя те же спутники, но в рабочем состоянии. Просто они по какой-то причине стали никому не нужны, или устарели. Такие искусственные объекты продолжают исправно работать и давать на Землю нужный сигнал, только информация от них перестала быть нужной.
Чем опасен космический мусор?
Казалось бы, космический мусор находится на расстоянии тысячи километров от поверхности нашей планеты и поэтому особой угрозы не несет. Да и, казалось бы, кому какое дело, что он есть — он-то никому не мешает. Но это утверждение как раз ошибочно.
Из-за большого количества космического мусора случаются частые поломки все тех же спутников, а крупные «мусорные фрагменты» способны изменить траекторию полета непилотируемых летательных аппаратов или вообще уничтожить их. И дело здесь даже не в размере, а в колоссальной скорости, с которой движется космический мусор.
По разным оценкам она составляет не менее 10 километров в секунду. Именно это делает объект с диаметром в 1-2 мм опаснее пули, выпущенной из пулемета. Чтобы понять всю серьезность ситуации стоить вспомнить о том, что микроскопическая поломка спутника обойдется в кругленькую сумму с шестью нолями.
Уничтожение же объекта повлечет за собой еще более существенные финансовые потери.
В наше время были случаи, когда космический мусор полностью уничтожал рабочее устройство и приносил колоссальные убытки не только его владельцам, но и государству, которому «повезло» собирать на своей территории кучу обломков.
Также стоит вспомнить о том, что космический мусор несет угрозу и пилотируемым летательным аппаратам и даже МКС. Конечно же, их оборудуют системами защиты от таких ситуаций, но угроза, которую несут большие тела, все же весьма существенна. И это очень печально, ведь на кону не просто бездушная машина, а намного больше — человеческая жизнь.
Не меньшие проблемы приносит схождение мусора с траектории и падение его на поверхность нашей планеты. Причем неважно, большой он или маленький, в любом случае это грозит серьезными неприятностями.
Многие поспорят с этим, скажут, что фрагменты искусственных тел небольшого размера не смогут достичь земной коры и сгорят в атмосфере. Конечно, это так, но от них может исходить еще более серьезная опасность, которая будет иметь гораздо большее негативное воздействие на человечество, чем объект большого диаметра.
Дело в том, что на орбите Земли существует масса спутников, которые содержат в себе очень высокие концентрации вредных веществ. Проходя через атмосферу такой объект сгорает, а яды в газообразном или порошковом виде просто рассеиваются над огромными территориями.
Не стоит забывать и о космической радиации, которой эти объекты заражены. Самое печальное — точное количество, то, сколько таких спутников на околоземной орбите не может точно установить ни один мониторинг.
Еще одна угроза, связанная с нарушением экологии космоса — постоянный рост количества мусора. Даже при утилизации и естественном уничтожении достаточно больших объемов космического сора, с каждым годом его становится только больше.
Чем чреваты такие тенденции, смоделировать очень просто. Чем больше сора, тем больше вероятность его столкновения с другими летательными аппаратами.
Так, ориентируясь на темпы распространения мусора, мы делаем вывод, что в недалеком будущем освоение космоса станет не просто рискованным, а невозможным.
Методы и средства борьбы с космическим мусором
Вполне естественно, что вскоре после обнаружения проблем с экологией космоса, ведущие государства планеты задались вопросом, как избавиться от мусора. Легкие и понятные пути того, как это все убрать есть разве что в игре Space Engineers — в жизни все намного сложнее и многогранней.
Единственно доступная уборка околоземной орбиты — это направление небольших космических объектов на Землю, для того чтобы они благополучно сгорели в атмосфере.
Способ утилизации, конечно же, так себе, ввиду рисков, которые он несет (мы упоминали о них ранее). Но сейчас мы находимся на той стадии, когда особого выбора у нас нет.
Ультрасовременные аппараты не умеют и не могут действовать иначе, а создание новых технологий по уборке требует слишком много времени, которого у нас, к сожалению, нет.
В последнее время в научном мире существует довольно-таки жаркая полемика о возможности отправки нашего орбитального мусора на другие планеты или даже на Солнце.
С этой точки зрения, наиболее подходящим объектом Солнечной системы будет Юпитер, который поглощает космический мусор благодаря своей колоссальному гравитационному полю.
Конечно, такой способ устранения проблем по экологии космоса наиболее безопасен для землян, но идеальным его все равно назвать невозможно. Для реализации такого метода уборки потребуются огромные финансовые ресурсы, а гарантии успешности проекта равняются 10%.
С 2018 года уборка с геостационарной орбиты будет проводиться с помощью новейшего аппарата для утилизации мусора. Данный уборщик выводится в высшие слоя атмосферы и с помощью ионных пучков придает выбранному объекту нужную траекторию.
Куда девается при этом космический мусор? Есть два варианта — соринки поменьше уничтожаются в атмосфере, а фрагменты побольше перемещаются в глубокий космос.
Звучит это все рационально и перспективно, но насколько этот способ борьбы с сором на орбите будет эффективным, покажет время.
Сегодня ясно одно: сбор и утилизация космического мусора — это первостепенные задачи для всего научного сообщества.
Космический мусор — это глобальная проблема, от решения которой зависит не только изучение просторов Вселенной, но и будущее всего человечества.
Источник: https://1000sovetov.ru/article_chto-takoe-kosmicheskii-musor-i-chem-on-opasen
Проблема космического мусора
Каждому из нас известно, что человечество невероятно загадило свою планету и ежедневно продолжает генерировать невероятное количество мусора.
Но немногим известно, что за недолгий период освоения космоса мы успели превратить околоземное пространство в небольшую свалку отработанных спутников. Здесь представлены две интерактивные визуализации, отражающие сложившуюсь ситуацию.
Первая визуализация (автор Alex Rasmussen) отражает все известные и отслеживаемые спутники и обломки:
- Зелёными точками обозначены действующие спутники.
- Серыми — неактивные, но работоспособные.
- Красными — вышедшие из строя спутники и их обломки.
Европейское Космическое Агентство установило, что вокруг Земли сейчас вращается:
- около 29 000 обломков размером более 10 см,
- около 670 000 обломков от 1 до 10 см,
- более 170 млн обломков от 1 мм до 1 см.
Общая масса обломков в околоземном пространстве оценивается в 6300 тонн, скорость полёта может достигать 56 000 км/час.
Ссылка на интерактивную версию.
За последние 50 лет было запущено около 6600 спутников, из них 3600 по прежнему вращаются вокруг Земли, а 1000 находится в активном режиме.
Насколько опасен весь этот мусор?
Представленные визуализации могут ввести наш разум в заблуждение, поскольку точки обозначают лишь расположение обломков, но не размер, то есть масштаб не соблюдён. В реальности околоземное пространство вовсе не представляет собой свалку, как это выглядит на картинках.
Однако космические агентства разных стран всё-равно начеку, потому что стоимость запускаемых объектов очень высока, а потенциальный ущерб от потери 1000 действующих сейчас спутников в результате столкновений с мусором оценивается в 130 млрд долларов.
Каждый год в атмосферу земли входит 100-150 тонн обломков.
Самым примечательным случаем за последние годы стало столкновение германского и американского спутников, чьи обломки упали в Бенгальский залив в 2011 году. Астронавтам на орбите также не стоит расслабляться (привет «Гравитации»).
В 2012 году МКС была переведена на более высокую орбиту для предотвращения столкновения с обломками от японского спутника.
Что делать?
К счастью, повторение в жизни сценария по образу «Гравитации» маловероятно. Более того, инженеры предусмотрели немало средств защиты (МКС считается “наиболее защищённым космическим аппаратом в истории”). Однако скорость полёта и растущее количество обломков представляют всё большую угрозу.
Учёные предупреждают о возможности синдрома Кесслера, когда на орбите окажется так много обломков, что риск уничтожения любого запускаемого аппарата станет очень высок. Подобная цепная реакция может, фактически, закрыть человечеству доступ в космос. Сегодня учёные ищут способы отслеживания обломков и очистки космического пространства.
Одна из многих идей состоит в использовании специальных спутников, которые будут захватывать обломки и направлять к поверхности планеты. Также рассматривается вариант сбора ещё пригодных для использования обломков ради вторичного использования.
Какой бы способ ни был выбран в будущем, одно несомненно: замусоривание ближайшего космического пространства обойдётся нам очень дорого.
Если мы хотим по-прежнему иметь доступ за пределы своей планеты, иметь современные спутниковые средства связи, наблюдения и исследования, то нам необходимо уже начать изучать возможные способы избавления от орбитального мусора.
Пройдя по ссылке на оригинальную статью, можно оценить интерактивность визуализаций. К сожалению, встроить их в пост Хабр не позволяет, пришлось делать скриншоты.
Источник: https://habr.com/post/218257/
Мусорный пояс
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) NASAПри этом запасы мусора на орбите постоянно пополняются — каждый год в околоземном пространстве появляется около сотни новых космических аппаратов, причем это не только спутники, это еще и третьи ступени ракет, разгонные блоки.
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.
NASAРано или поздно интенсивное заселение орбиты должно было привести к «коммунальным проблемам», и в 1978 году сотрудники NASA Дональд Кесслер и Бертон Кур-Палэ пришли к выводу, что в скором будущем столкновения между вышедшими из строя спутниками начнут происходить так часто, что количество обломков будет расти экспоненциально (даже если в этот момент космические запуски прекратятся вообще) и в конечном счете вокруг Земли сформируется кольцо из обломков космических аппаратов, похожее на кольцо Сатурна. Они предсказывали, что первое столкновение космических аппаратов произойдет еще до 2000 года. В реальности столкновение спутников «Космос-2251» и Iridium 33 произошло 19 февраля 2009 года, причем их «встреча» породила сразу 1150 настолько крупных обломков, что их могли заметить радары системы контроля космического пространства.
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 NASAНекоторое самоочищение околоземного пространства все же происходит, объясняет N + 1 научный сотрудник Института прикладной математики имени М.В. Келдыша Михаил Захваткин.
По его словам, в пределах 11-летнего цикла солнечной активности около 250–300 мусорных объектов в год приходится исключать из каталогов — они попросту входят в атмосферу и сгорают.
Но скорость этого очищения очень сильно меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности (в периоды активного Солнца атмосфера Земли «разбухает» и начинает сильнее тормозить объекты) и от высоты орбиты.
«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 CNESЭтаж от 700 до 1000 километров — самый популярный и заселяется быстрее всего, однако даже на этих высотах реализация катастрофического сценария, описанного Кесслером, — дело далекого будущего.
«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. GLOBAL AEROSPACE CORPORATIONС одной стороны, коммерчески невыгодно везти на борту спутника запас топлива, предназначенного только для того, чтобы свести аппарат с орбиты в конце срока его существования.
С другой, многие спутники, в особенности микроаппараты стандарта CubeSat, вовсе не имеют собственных двигателей. Инженеры предлагают множество вариантов дополнительных устройств, которые могут ускорить сход аппарата с орбиты.
Это, например, надувные баллоны, которые увеличивают площадь аппарата и, соответственно, сопротивление воздуха, тросовые системы, которые тормозят аппарат за счет воздействия электромагнитных полей. Но пока ни одно из таких устройств не стало стандартом.
Специализированные аппараты для уборки космического мусора, несмотря на высокую стоимость таких проектов, могут быть полезны для предотвращения случаев фрагментации больших аппаратов. «Крупный спутник — это потенциально тысячи мелких фрагментов, которые могут возникнуть при столкновении с другим аппаратом или самопроизвольном разрушении.
Специализированный «уборщик» может убирать эти большие объекты, потенциально спосбные фрагментироваться, и тогда они не будут находиться на этих орбитах бесконечно. Если мы будем убирать в год около 4-5 объектов с высоких орбит, это может нивелировать потенциальный рост количества мелких фрагментов в долгосрочной перспективе», — говорит Захваткин.
Много опасений вызывают планы Илона Маска вывести на орбиту около 12 тысяч спутников системы Starlink, которые должны обеспечить глобальный доступ в интернет. Однако Михаил Захваткин полагает, что серьезно ситуацию с космическим мусором этот проект не ухудшит.
«Для группировок системы Starlink и Oneweb предполагается использовать орбиты высотой более 1,1 тысячи километров. Сейчас концентрация потенциально опасных фрагментов в этой области на порядок ниже значений на высотах 800-900 километров. Поэтому добавление такого большого числа аппаратов не сделает ситуацию на этих орбитах критической», — говорит ученый.
Сергей Кузнецов
Источник: https://nplus1.ru/material/2018/04/03/space-debris
Космический мусор вокруг земли: классификация, способы утилизации
Космический мусор вокруг земли – опасен ли он или его проблема просто надумана? Давайте разбираться!
Космическим мусором на околоземной орбите называют все те продукты человеческой деятельности, которые вертятся вокруг нашей планеты где-то там, наверху. Это – составные части неактивных спутников и фрагменты спутников разрушенных, останки ракет и прочие образцы научно-технического прогресса, которые находятся на земной орбите и которые как-то надо утилизировать.
Классификация мусора в космосе
Собственно, размеры мусора в космосе могут отличаться: продукты профессиональной деятельности космонавтов, которые по той или иной причине остались за бортом, – совсем небольшие.
Взгляните на свою любимую чашку, перчатку или гаечный ключ. В космосе тоже такие есть, конечно, их совсем немного. Угрозы такой мусор не представляет и проблемы не создает: при попадании в атмосферу сгорит, почти моментально.
До поверхности планеты не долетит.
Фрагменты и обломки уничтоженных спутников – могут быть и крупнее, и намного меньше. Так, после испытаний китайских противоспутниковых ракет, осталось очень много обломков размером больше 1.5 см. Делать панику и смотреть на небо квадратными глазами не стоит: для нас этот мусор не опасен.
Единственные неприятности, которые могут причинить такие фрагменты – это навигационные трудности. Но главная проблема космического мусора в другом – даже самые небольшие обломки могут пробить обшивку космического транспорта.
А отследить удаётся далеко не всё: учёные могут обнаружить только фрагменты, размер которых превышает 10 см.
Надо ли утилизировать мёртвые спутники?
После прекращения работы спутники часто остаются на орбите. Или не остаются – возвращаются домой, по частям, на огромной скорости. В любом случае, они представляют опасность. И не только те, которые уже вышли из строя: вполне себе рабочий спутник может внезапно сойти с орбиты по причине фатальной неисправности или из-за стечения обстоятельств.
Сколько весят такие кусочки «спутникового» мусора? Много, очень много. Свыше пяти тонн. Это, на секундочку, пять тысяч килограмм.
Представляете масштаб? После вхождения в плотные слои атмосферы спутник полностью не сгорит, но сопротивление воздуха может деформировать его, разорвать на несколько кусков. Масса значительно уменьшится, но угроза всё равно есть.
Учёные высчитали, что вероятность падения космического мусора на населённый пункт в несколько раз выше, чем шансы того, что на ваш город упадёт метеорит.
Но не стоит паниковать. И бояться тоже.
Если учёные обладают устройствами, которые могут отследить перемещения гаечного ключа в тридцати километрах над вашей головой, то что? Правильно, в случае падения крупного обломка всех предупредят.
Это случается не очень часто, вычислительная мощность компьютеров позволяет точно рассчитать место приземления обломков, а внимание СМИ точно будет приковано к этому событию.
А есть ли проблема?
Как известно, вывоз бытовых отходов стоит недорого и производится с помощью мусоровозов, а надо ли вывозить с земной орбиты старые, изжившие себя спутники и другой мусор?
Давайте еще раз вспомним, что мелкий космический мусор опасен только для тех, кто с ним сталкивается часто – для космонавтов и для космических кораблей, спутников и прочих рукотворных предметов на орбите.
Для нас, землян, опасности он не представляет. Гаечный ключ на голову не упадёт, можете быть спокойны. Мелкий мусор на орбите пока не утилизируют никак, но очень скоро придется это делать, т.к.
скоро он превратится в настоящую угрозу для космической навигации.
А вот крупные фрагменты спутников и отработанные ступени ракет – это более серьёзно для жителей нашей планеты.
Но ракеты запускают так, чтобы падение ступеней не принесло вреда, а падение любого спутника успеют отследить. И, может быть, даже предупредят тех, кто может оказаться в зоне падения.
Соответственно, падающие фрагменты при такой низкой активности космических перелетов в утилизации также пока не нуждаются.
Видео – как росли объемы мусора на околоземной орбите, начиная с 1957 года:
См. также
Источник: http://alon-ra.ru/kosmicheskii-musor-vokrug-zemli-classifikatciia-sposoby-utilizatcii.html
Загрузка...
