Реферат: Космический мусор – угроза безопасности космических полетов

КОСМИЧЕСКИЙМУСОР – УГРОЗА БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ

Д.В.Маринин

Аэрокосмический лицей на базе Национальногоаэрокосмического университета им. Н.Е.Жуковского «ХАИ»

К третьему тысячелетию человечество активно изучает иисследует космос. Число космических полетов растет, но они постоянновталкиваются с рядом проблем. Одной из таких проблем – проблем экологиикосмоса, является вопрос об его загрязненности объектами так называемогокосмического мусора.

Космическиймусор– все антропогенныеобъекты, которые находятся на околоземной орбите или возвращаются в атмосферу,включая фрагменты или части тех объектов, которые закончили свое активноесуществование.

Чтобы уменьшить угрозу столкновений космическиеаппараты совершают маневры отклонения, а это – дополнительный расход топлива иряд других сложностей. По расчетным данным Международная космическая станциябудет вынуждена дважды в год  совершатьманевры, уклоняясь от опасных объектов.

Степень влияния загрязненности космическогопространства на функционирование космических систем определяется четырьмяфакторами: временем нахождения на орбите, районами по предположению, высотойорбиты, наклоном плоскости орбиты. Для примерного представления об объектахзагрязнения космического пространства, разрабатывают математические модели егозасоренности. Они описывают распределение загрязняющих объектов в пространстве,их движение и физические характеристики (размер, массу, плотность и др.).Разрабатываемые модели бывают двух видов: краткосрочные (период до 10 лет) и долгосрочные(до 100 лет). Модели засоренности принимают во внимание рост числа орбитальныхобъектов в результате запусков, маневрирование (засоренность, связана свключением ракетных двигателей твердого топлива), разрушение (взрывы истолкновения) т.д. Кроме того, целью долгосрочных моделирований  является составление прогнозов количестваобъектов как функции времени. Тенденции, установленные на основе долгосрочныхмоделей, заключаются в следующем:

·<span Times New Roman"">                         

Если космическиеполеты будут проходить также, как и раньше, то в будущем загрязнениекосмического пространства ускориться из-за столкновений, связанных сувеличением массы на орбите.

·<span Times New Roman"">                         

Фрагменты мусора,образовавшиеся после взрывов, могут стать в ХХIвеке (как и в данное время) одним из главныхисточников загрязнения.

·<span Times New Roman"">                         

Фрагменты,образовавшиеся в результате столкновений, могут порождать следующиезагрязнения, это приведет к росту загрязненности в геометрической прогрессии.

Избежать этого можно путем уменьшения нагрузки нанижнюю околоземную орбиту. Также проблема состоит в возращении в атмосферуЗемли космических объектов. За последние 40 лет их отмечено более 16000. Втечение последних 5-ти лет примерно раз в неделю  происходит попадание в атмосферу объекта сплощадью поперечного сечения около 1м2. Вхождение того или иногообъекта в атмосферу связано не только с опасностью механического удара, но и свозможностью химического либо радиологического заражения окружающей среды.

Мероприятияпо уменьшению загрязненности и защите от космического мусора

В настоящее время около 12% всего каталогизированногокомического мусора составляют объекты, которые отделяются в процессе штатнойпроцедуры запуска спутников на орбиту и дальнейшей их эксплуатации. В основномэто крепежные детали, заглушки и т.д. Мероприятия по уменьшению загрязненноститакими объектами принимать относительно нетрудно, как технически, так иэкономически. В тоже время возможны ситуации, когда отделение деталей безвыходноиз-за технических причин. В ходе полета может происходить неспециальноеобразование мелкого мусора: выбросы шлаков при работе двигателей на твердомтопливе, отделение частиц краски вследствие эрозии, вытек теплоносителя и т.п.Необходимо принимать меры по  уменьшениюпроцесса образования мелкого мусора. Осколки, образовавшиеся в результатеразрушения КА, составляют 43% состава орбитальных объектов и 85% космическогомусора размером более 5см. Основной причиной разрушения космических аппаратовявляются взрывы и столкновения. Анализ разрушения КА показал, что спуск сорбиты либо пассивация (выброс энергии) после реализации космическим аппаратомсвоей задачи позволяет предотвратить большую часть таких случаев. К числуэффективных мер можно отнести сжигание или продувание неиспользованноготоплива, разрядку аккумуляторных батарей, освобождение жидкостей из-поддавления. Вероятность случайного столкновения КА на околоземной орбите хотя ине значительна, но все-таки есть. Примером такого случая было столкновение осколка,образовавшегося в результате взрыва верхней ступени ракеты-носителя «Ариан», сдействующим французским спутником CERISE, врезультате была нарушена его работоспособность. Можно сказать, что увеличениечисла и размеров спутников на орбите ведет к повышению вероятностистолкновений. Что касается спутников, которые заканчивают свою программу, тозначительному уменьшению вероятности столкновений будет влиять их перевод нанижнюю орбиту или контролированное возвращение в атмосферу.

С точки зрения на современный уровень засоренностиоколоземного пространства, следует применить концепции прямой и непрямойзащиты. Защита от частиц размером 0,1-1 см может осуществляться за счетприменения экранных конструкций. Защита от частиц размером более 1см можетосуществляться за счет принятия специальных мер при проектировании КА,заключающихся в расположении жизненно важных систем в так называемых мертвыхзонах относительно направления удара потоком мусора. Что касается экранныхконструкций, то они бывают разного типа: это и простые одношаровые выносныеэкраны, размещающиеся перед корпусом аппарата, и сложные многошаровые  конструкции из металла и керамики.  Также ориентируя определенным образомкосмический корабль, космонавты могут использовать его в качестве экранной защиты.Такая практика уже применялась на орбитальной станции «Мир». Для кораблей«Шаттл» орбитальная степень ориентируется таким образом, чтоб его хвостоваячасть была повернута в направление движения. Работы в космосе происходят такимобразом, чтоб космонавты были защищены корпусом станции.

Одной из важнейших мер по уменьшению засоренностиявляется информирования об опасностях, связанных с загрязненностью космическогопространства и  о многочисленных источникахобразования космического мусора. Экономически оправданным является применениямер по уменьшению загрязнения на ранних стадиях конструирования КА. Сиспользованием долгосрочных имитационных моделей космической среды ведетсяработа для оправдания эффективности разных сценариев и затрат связанных с ихиспользованием. Исследования позволяют оценить, какое влияние оказывает разногорода практика в этой области. Такжепроблема столкновений и взрывов связана с неконтролируемыми запусками различныхкосмических аппаратов. Для решения этой проблемы необходимо установить контрольза материалами, технологиями производства и запуска космических аппаратов. Воизбежание столкновений КА, что является основой появления крупных частеймусора, целесообразно ввести прогнозируемые расчеты для установления безопасныхстартовых окон, исключающих пересечение траектории полета КА с пилотируемымикораблями, находящимися на орбите.

В короткосрочной перспективе наибольшую пользу можетпринести исключение случайных взрывов КА. Эффективной мерой предотвращениятаких разрушений является пассивация аппаратов в конце программы полета. Вдолгосрочной перспективе при отсутствии мероприятий по уменьшению засоренностииз-за нагромождения объектов на орбите может значительно возрасти опасность дляпроведения космических операций в области, как низкой, так и высокойоколоземной орбиты. Мероприятия поснижению загрязненности и защиты космоса могут влиять на конструкции КА, ихстоимость и эксплуатацию. Экономически выгоднее предвидеть и внедрить этиизменения на ранних этапах проектирования и производства КА и ракетоносителей.

Хотелось бы добавить, что загрязненность космоса скаждым годом продолжает расти, в связи с этим растет риск столкновенийпричиняющих повреждения КА. Поскольку с помощью существующих технологий тяжелорешить задачу улучшения состояния космической среды, разумным шагом посохранению космического пространства для будущих поколений в настоящее времяесть принятие мер по уменьшению загрязненности.

еще рефераты
Еще работы по космонавтике