Реферат: Космический мусор – 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.
Космический мусор – все антропогенные объекты, которые находятся наоколоземной орбите или возвращаются в атмосферу, включая фрагменты или частитех объектов, которые закончили свое активное существование.
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 совершать маневры, 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 являетсясоставление прогнозов количества объектов как функции времени. Тенденции,установленные на основе долгосрочных моделей, заключаются в следующем:
· Если космические полеты будутпроходить также, как и раньше, то в будущем загрязнение космическогопространства ускориться из-за столкновений, связанных с увеличением массы наорбите.
· Фрагменты мусора, образовавшиесяпосле взрывов, могут стать в ХХI веке (как и в данное время) одним из главныхисточников загрязнения.
· Фрагменты, образовавшиеся врезультате столкновений, могут порождать следующие загрязнения, это приведет кросту 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 ватмосферу объекта с площадью поперечного сечения около 1м2.Вхождение того или иного объекта в атмосферу связано не только с опасностьюмеханического удара, но и с возможностью химического либо радиологическогозаражения окружающей среды.
Мероприятия по уменьшению загрязненности и защите откосмического 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 уменьшению процесса образования мелкого мусора.Осколки, образовавшиеся в результате разрушения КА, составляют 43% составаорбитальных объектов и 85% космического мусора размером более 5см. Основнойпричиной разрушения космических аппаратов являются взрывы и столкновения.Анализ разрушения КА показал, что спуск с орбиты либо пассивация (выброс энергии)после реализации космическим аппаратом своей задачи позволяет предотвратитьбольшую часть таких случаев. К числу эффективных мер можно отнести сжигание илипродувание неиспользованного топлива, разрядку аккумуляторных батарей,освобождение жидкостей из-под давления. Вероятность случайного столкновения КАна околоземной орбите хотя и не значительна, но все-таки есть. Примером такогослучая было столкновение осколка, образовавшегося в результате взрыва верхнейступени ракеты-носителя «Ариан», с действующим французским спутником CERISE,в результате 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 источниках образования космического мусора.Экономически оправданным является применения мер по уменьшению загрязнения наранних стадиях конструирования КА. С использованием долгосрочных имитационныхмоделей космической среды ведется работа для оправдания эффективности разныхсценариев и затрат связанных с их использованием. Исследования позволяютоценить, какое влияние оказывает разного рода практика в этой области. Также проблема столкновений и взрывов связана снеконтролируемыми запусками различных космических аппаратов. Для решения этойпроблемы необходимо установить контроль за материалами, технологиямипроизводства и запуска космических аппаратов. Во избежание столкновений КА, чтоявляется основой появления крупных частей мусора, целесообразно ввестипрогнозируемые расчеты для установления безопасных стартовых окон, исключающихпересечение траектории полета КА с пилотируемыми кораблями, находящимися наорбите.
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.