Что такое космический мусор и как с ним бороться

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.

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.

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.

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.

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.

Источник: https://1000sovetov.ru/article_chto-takoe-kosmicheskii-musor-i-chem-on-opasen

Семь способов борьбы с космическим мусором

Полмиллиона обломков мусора летают на земной орбите, если верить NASA, и это означает только то, что очень скоро мы сможем и не выйти из своего подъезда, так как он будет сплошь завален хламом. Тем не менее есть в мире хорошие ребята, которым не все равно и которые предлагают способы избавления от заброшенных спутников и другого космического мусора.

Перед вами семь предложений, которые могут решить проблему космического загрязнения орбиты.

e.DeOrbit: собрать мусор

Миссия e.DeOrbit, о которой мы недавно писали, впервые была предложена в начале 2014 года. В ее ходе будет вестись поиск мусора на полярной орбите на высоте от 800 до 1000 километров. Европейское космическое агентство разрабатывает несколько видов «механизмов захвата», чтобы подобрать мусор, например, сети, гарпуны, роботизированные конечности и щупальца.

CleanSpaceOne: вывезти мусор

CleanSpaceOne, швейцарский вариант, должен быть запущен в 2018 году и станет модифицированной версией аэробуса A300. Спутник Swiss Space Systems затем встретится со списанным наноспутником SwissCube, чтобы вывести его с орбиты.

Японская электродинамическая сеть

Японское аэрокосмическое агентство предлагает использовать электродинамический невод, который мог бы замедлить скорость спутников или космических обломков. Замедление скорости позволило бы спутникам упасть на Землю, в атмосфере которой они просто бы сгорели. Спутник, который станет частью системы с неводом, будет запущен уже в этом году, а невод — в 2015-м.

Космическая рогатка

Чтобы сэкономить на топливе, «рогатка» от техасского A&M University позволит запустить объект к атмосфере Земли, а затем с помощью импульса отправится к следующему обломку космического мусора. Весь прошлый год конструкторы изучали варианты дизайна этого средства.

Солнечный парус

Британское предложение под названием CubeSail будет использовать тягу солнечного паруса для вывода космического мусора на более низкую орбиту.

Изначально планировалось, что запуск состоится в 2011 году, но предложение все еще находится в разработке.

Теперь ожидается, что парус будет построен при помощи более маленьких спутников, в частности STRaND-1, которые улетели в феврале 2013 года.

Воздушные взрывы

Этот метод, который назвали Space Debris Elimination, или SpaDE, будет запускать спутники на низкую орбиту с помощью воздушных взрывов в атмосфере.

Дизайн, предложенный Дэниелом Грегори из Raytheon BBN Technologies в Вирджинии, будет использовать воздушный шар или самолет, способный летать в разреженной атмосфере, которые будут создавать воздушные взрывы, чего, согласно исследованиям в начале 2012 года, достаточно, чтобы сбить с пути низкоорбитальный космический мусор.

Космическая сеть

Сеть наноспутников, связанных электропроводной сетью, длиной в 3 километра, может сбивать спутники вниз по мере прохождения через магнитное поле Земли (поскольку возникает напряжение).

ElectroDynamic Debris Eliminator, работающий на солнечных батареях и предложенный Star Technology и Research, может за десять лет избавить нас от всех крупных кусков мусора на низкой земной орбите.

Однако затейщикам нужно больше средств, чтобы воплотить свой замысел в жизнь.

Источник: https://Hi-News.ru/space/sem-sposobov-borby-s-kosmicheskim-musorom.html

Космический мусор: что может остановить освоение космоса

Космос Автор: Ольга Аверкиева |  5 февраля 2018, 16:00

Откуда взялся мусор в космосе, что он собой представляет, чем опасен для человечества, и как с ним предлагают бороться — в материале «Футуриста».

С момента освоения Луны люди оставили на ее поверхности более 180 тонн мусора.

По данным прошлого года, на околоземной орбите находится около 18 тысяч объектов размером более 10 сантиметров, в том числе 1200 спутников, 750 тысяч «летающих пуль» (размер каждой «пули» около сантиметра) и около 150 миллионов совсем мелких фрагментов, размер которых менее миллиметра. Американские ученые еще несколько лет назад забили тревогу и предупреждали NASA, что объемы космического мусора достигли критической точки и что все это может представлять серьезную опасность.

Космический мусор: что это вообще такое?

Во-первых, космический мусор — это целые части или обломки уже отработанных спутников, которые когда-то запускались в космос с момента его освоения, то есть на протяжении последних 60 лет. Во-вторых, это обломки, которые появились в результате столкновения других крупных обломков и спутников.

Например, в 2009 году где-то над Сибирью произошло столкновение американского спутника связи «Iridium 33» и российского неработающего спутника «Космос-2251», который прекратил свою работу еще в 1995 году. Тогда более 2000 фрагментов от этого столкновения остались на орбите Земли.

А в 2013 году спутник «Блиц» столкнулся с мусором от уничтоженного китайского спутника «Фэнъюнь 1С».

В-третьих, космический мусор — это еще и отчего-то не сгоревшие в атмосфере Земли, оставленные и потерянные предметы, в том числе, мешки с отходами астронавтов, несколько американских флагов, мячи для гольфа, кусок мыла или, к примеру, затычки для ушей и прочие мелочи. Все это на огромных скоростях может вращаться на орбите сотни лет.

Согласно данным 2017 года, лидером по количеству космического мусора являются США, на втором месте — Россия, а на третьем — Китай.

Проблему угрозы космического мусора признали в 1993 году, когда генсек ООН Бутрос Бутрос-Гали выступил с докладом «Воздействие космической деятельности на окружающую среду».

В частности, он заявил, что проблема космического мусора достигла международного глобального уровня.

В чем опасность космического мусора

Последнее время ученых настораживает так называемый синдром Кесслера. Это когда спутники, находящиеся на орбите, будут сталкиваться и запустят цепную реакцию вторичных столкновений.

Все это может привести к уничтожению любого запускаемого аппарата и к тому, что человечеству вообще будет закрыт доступ в космос.

Спровоцировать синдром Кесслера, по мнению ученых, может вывод на орбиту новых спутниковых систем — «мегасозвездий», — которые способны вполовину увеличить риск столкновений с другими космическими аппаратами.

Его неконтролируемые сходы с орбиты и неожиданные падения тоже представляют угрозу. В 2011 году в Тихий океан упал американский научный спутник UARS, в 2015 фрагмент отработавшей свое ракетной ступени упал в районе острова Шри-Ланка.

Весной 2018 года, предположительно в марте, прогнозируется падение китайской орбитальной станции «Тяньгун-1».

Есть вероятность, что вместе с отдельными частями станции, которые не сгорят в атмосфере и достигнут до поверхности Земли, долетит и гидразин — высокотоксичное ракетное топливо. Насколько опасны такие падения для конкретного человека, можно судить по статистике.

Вернее, этот обломок, примерный размер которого был 10 на 13 см, не совсем упал на нее, он всего лишь ударил Уильямс по плечу.

Что делать с космическим мусором?

Проблема засорения космического пространства мусором усиливается, и каждая из стран, по крайней мере, ведущих, пытается найти свои варианты решения. Совсем недавно группа китайских ученых предложила сбивать космический мусор лазерами.

Согласно их исследованию, на орбите можно было бы развернуть лазерную станцию, способную работать эффективно, при условии, что у них с обломками, то есть мусором, будет совпадать прямое восхождение восходящего узла. С помощью лазеров ученые хотят ускорить сход космического мусора с орбиты, либо отклонить его курс.

Кстати, китайцы в этом деле не первопроходцы. NASA еще в 90-х озадачилось вопросом использования лазеров в борьбе с космическим мусором.

В Японии аэрокосмическое агентство JAXA создает чувствительный радар для обнаружения мелкого космического мусора. Этот радар хотят ввести в эксплуатацию в 2023 году. Предполагается, что он поможет предотвращать столкновения космического мусора со спутниками.

Ранее это же агентство занималось разработкой 700-метрового «шнурка» — устройства, которое создает электромагнитное поле, способное тормозить разные обломки в космосе и выводить их в атмосферу Земли.

Правда, первая попытка избавиться от мусора с помощью этого устройства была неудачной — грузовой корабль просто не смог выпустить «шнурок».

Американская компания Aerospace Corporation разрабатывает Brane Craft — космические аппараты, или «одеяла», как их уже прозвали, для сбора космического мусора. Задача таких «одеял» — ловить небольшие обломки мусора в космосе, обволакивать их, направлять в сторону Земли, спускаться в атмосферу и там сгорать.

Однако, сколько бы предложений не звучало, пока не удалось создать действенный способ борьбы с мусором, ввиду разных причин, в том числе и из-за дороговизны методов очистки околоземного пространства.

Вместе с тем от научных и околонаучных сообществ звучат различные, порой не слишком утешительные, предостережения и варианты развития проблемы.

Одни считают, что если не заниматься решением проблемы, через 100-200 лет космическая деятельность прекратится.

Другие говорят об особой политической опасности космического мусора, которая заключается в том, что вскоре трудно будет определить причину аварии или уничтожения спутника: то ли это будет происходить из-за обломков мусора, то ли к этому приложит руку другое государство.

  Поделиться   Поделиться

Источник: https://futurist.ru/articles/1359-kosmicheskiy-musor-chto-mozhet-ostanovity-osvoenie-kosmosa

Чем опасен космический мусор и как от него избавиться

В мае этого года частичка космического мусора попал в иллюминатор МКС. Кусочек то ли краски, то ли металла размером в тысячные доли миллиметра не пробил стекло насквозь, так как оно толще и прочнее обычных стекол, но оставил вмятину диаметром 7 миллиметров.

Жизненно важные отсеки МКС устоят против мелких фрагментов космического мусора, но если фрагмент будет больше 1 сантиметра в поперечнике, он пробьет защиту.

За космическим мусором на орбите ведется наблюдение с Земли и при угрозе столкновения станции с куском мусора, МКС маневрирует, чтобы уклониться от него. НАСА отслеживает движение фрагментов космического мусора размером от 5 сантиметров в поперечнике на низкой орбите.

По оценкам космического агентства, вокруг Земли летает около 20 тысяч фрагментов размером с теннисный мяч и примерно 500 тысяч более мелких кусочков.

Меньше грамма космического мусора убивает спутник

Он столкнулся с фрагментом космического мусора и развалился на части.

Поскольку движется мусор с большой скоростью — до 8 км/с, то для гибели 7,5-килограммового спутника, по расчетам ученых, оказалось достаточно фрагмента массой всего 0,017–0,019 граммов.

Откуда берется мусор

Орбита Земли замусорена «мертвыми» спутниками, отработанными ступенями ракет и более мелким мусором. Большая часть мелкого мусора образуется, когда спутники взрываются (наиболее частая причина — поломки двигателей), сталкиваются друг с другом или становятся мишенями противоспутниковых ракет.

Первое столкновение в космосе случилось в 1996 году, когда ступень европейской ракеты «Ариан-1» столкнулась с французским спутником Cerise. Спутник пострадал, но выжил и продолжил работать.

Оба спутника разлетелись вдребезги где-то над Сибирью.

Больше всего в космосе намусорили китайцы, которые в 2007 году сбили свой собственный спутник при испытаниях противоспутниковой ракеты, оставив на орбите более 3000 мелких обломков.

Кроме того, в открытом космосе можно встретить плоскогубцы, камеру, шпатель и целую сумку с инструментами — их в разное время потерял экипаж МКС. А до тех пор, пока на станции не появилась система переработки мочи, ее просто выливали в космос, где она становилась частью космического мусора в виде мелких замороженных кристалликов.

Космонавт Сунита Уильямс теряет камеру в открытом космосе в 2007 году

Куда уходят спутники

Как долго космический мусор остается в космосе, зависит от высоты орбиты. На низкой орбите космический мусор, подчиняясь притяжению Земли, в конце концов сгорает в атмосфере. Часть долетает до Земли, но пока не было случаев, чтобы они кому-то сильно навредили.

Фрагмент был похож на ткань, но из металлических волокон. Женщина была уверена, что поймала кусочек падающей звезды, но расследование показало, что это, скорее всего, была деталь ракеты-носителя «Дельта-2».

Вильямс эта версия разочаровала.

Спутники, находящиеся на более высокой геостанционарной орбите слишком затратно уводить на низкую, чтобы они в конце концов сгорели, поэтому их, наоборот, поднимают выше — на так называемую орбиту захоронения, где они могут оставаться веками.

Чтобы на орбите не происходило взрывов, при которых обломки могут попасть ближе к Земле, перед захоронением спутники разряжают батареи, выпускают запасы сжатого газа и сбрасывают топливо.

Это может уменьшить дальнейшее замусоривание орбиты Земли, но проблемы уже существующего мусора не решает.

Космический мусор на орбите, 1957-2016 годы

Охота на мусор

В 2023 году для уборки на орбите Европейское космическое агентство планирует запустить аппарат e.Deorbit. Как он будет захватывать мусор, пока неизвестно: ученые рассматривают сеть, гарпун или зажим. После захвата аппарат будет уводить мусор с орбиты, чтобы тот сгорел в атмосфере.

В Федеральной политехнической школе Лозанны разрабатывают аппарат CleanSpace One, который будет уводить с орбиты спутники, захватывая их в ловушку.

На сайте проекта пишут, что аппарат выйдет на орбиту в 2018 году, и его первой жертвой станет студенческий наноспутник SwissCube, запущенный в 2009 году. Одна из сложностей, которую должны решить разработчики, — «узнавание» космическим уборщиком спутника.

Источник: https://news.rambler.ru/science/34662530-chem-opasen-kosmicheskiy-musor-i-kak-ot-nego-izbavitsya/

Космический мусор: как очистить орбиту?

В 1964 году Станислав Лем опубликовал юмористический рассказ «Спасём космос», где один из его постоянных героев, отважный исследователь космоса Ийон Тихий, жаловался на непредвиденные последствия космической экспансии и бездумного туризма.

С момента написания рассказа минуло много лет. Человечество не достигло звёзд, влюблённые парочки не совершают круизы в пояс астероидов и не вырезают на их поверхности свои имена, а пространство за Сириусом всё ещё не забито рекламой. Но один из пассажей текста получился на удивление похожим на реальность.

Вряд ли те, кто читал этот рассказ полвека тому назад, могли представить, что такое мусорное кольцо начнёт формироваться на самом деле. И не у далёкого Сириуса, а вокруг нашей родной планеты.

Garbage day!

4 октября 1957 года был запущен первый искусственный спутник Земли, и человечество чуточку приблизилось к звёздам. В те дни все люди мира пытались разглядеть в небе «Спутник» и видели  крошечную светящуюся точку.

Вот только это был не «Спутник», слишком маленький, чтобы увидеть его невооружённым глазом. Эта точка была второй ступенью ракеты-носителя Р-7, доставившей его на орбиту. Она стала первым в истории космическим мусором.

За последующие годы было произведено около пяти тысяч запусков, которые вывели на орбиту почти 6600 спутников. Из них 3600 всё ещё находятся в космосе, и лишь 1000 из них — действующие. Уже в конце пятидесятых учёные стали задумываться над тем, что отработавшие своё старые спутники рано или поздно начнут мешать новым.

Сравнение объёмов космического мусора и размера Земли в представлении художника.

К сожалению, космический мусор не ограничивается лишь старыми спутниками и отработанными ступенями ракет. Сейчас системы космической разведки отслеживают на земной орбите порядка двадцати тысяч объектов, чья суммарная масса составляет от 5 до 10 тысяч тонн.

И это лишь верхушка айсберга. Как сообщает Европейское космическое агентство, на орбите находится 45 тысяч объектов диаметром свыше 5 сантиметров.

Что до тел поменьше, то в небе над нами летают сотни тысяч обломков диаметром от 1 до 5 сантиметров и миллионы совсем мелких осколков.

Распределение мусора в околоземном пространстве. Кольцо — это мусор на геостационарной орбите, который останется там на несколько сотен лет.

Откуда берётся мусор

Живи мы во вселенной «Звёздных войн», всё было бы ясно. Разбитые космические корабли и части истребителей — обычное дело в далёкой галактике.

Можно представить, как после очередного крупного сражения все работники, не занятые на строительстве очередной Звезды смерти, отправляются на рутинную расчистку космического пространства.

Да ещё на чём свет стоит костерят Империю и Повстанцев, за которыми им приходится убирать.

Кроме того, в космосе остаются набравшие первую космическую скорость ступени ракет и разгонные блоки. В их баках часто есть неотработанное топливо, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что иногда приводит к мощным взрывам.

Не раз бывали случаи, когда после нескольких лет пребывания в космосе использованные ступени ракет неожиданно взрывались, разбрасывая вокруг себя шрапнель из мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было отмечено порядка двухсот подобных взрывов.

Только один взрыв ступени индийской ракеты стал причиной образования сразу 300 крупных обломков.

«Маленький шаг для человека…» — «Ты мусор вынес?!» — «Да! Так, на чём я остановился…»

А есть ещё и мелкие объекты. Во время работы твёрдотопливного двигателя из его сопла выбрасывается множество пылевидных частиц размерами до 10 мкм.

Ещё один вид микроскопического мусора — кусочки краски и защитного покрытия, отвалившиеся от обшивки земной техники. И с каждым годом ситуация усугубляется: чем больше стран и компаний осваивают космос, тем больше мусора остаётся на орбите.

За последние годы произошло два резонансных инцидента, связанных с загрязнением космоса.

Китайцы же уничтожили спутник, который находится на полярной орбите высотой более 800 километров. В результате в окрестностях Земли появилось свыше двух тысяч обломков и, по некоторым данным, до 150 000 мелких частиц.

97% процентов этого мусора всё ещё на орбите и будет висеть над планетой не одну сотню лет.

Кстати, год спустя США уничтожили неисправный спутник-шпион USA-193, на борту которого оставалось около полутонны ядовитого топлива. Однако спутник находился на низкой орбите, и большинство осколков сгорело в атмосфере.

Кольца Сатурна состоят из камней, пыли и льда. Кольца Земли будут состоять из утерянных болтов и обломков спутников.

Вторым инцидентом стало столкновение выведенного из эксплуатации в 1995 году спутника «Космос-2251» и действующего спутника Iridium 33, которое произошло 10 февраля 2009 года. Это первый в истории случай, когда столкнулись два космических аппарата. В результате образовалось 2000 обломков — и это только крупные, которые удалось отследить.

Только два этих инцидента более чем на треть увеличили число обломков на орбите. Сейчас количество мусора растёт весьма быстро (примерно на 5% в год), и новые масштабные столкновения неизбежны.

Чем опасен мусор

В фильме «Гравитация» (2013) режиссёра Альфонсо Куарона наглядно показано, что может натворить космический мусор.

Стремительно несущиеся в безвоздушном пространстве осколки, которые практически невозможно заметить, прошивают всё на своём пути, от человеческих тел и до космических станций.

Несколько секунд — и конструкция, на создание которой ушли десятки лет и миллиарды долларов, превращается в бесполезное решето.

Фильм, конечно, фантастический, но такое возможно и в действительности. Дело в том, что тела, находящиеся на земной орбите, движутся по ней с первой космической скоростью — почти 8 километров в секунду.

Для сравнения: пуля из автомата Калашникова покидает ствол со скоростью порядка 1 километра в секунду, а потом замедляется за счёт сопротивления воздуха — в отличие от обломков в вакууме. Даже маленький обломок при попадании в спутник способен нанести ему серьёзный ущерб.

Так, в 2006 году неожиданно пропала связь с российским телекоммуникационным спутником «Экспресс-AM11». Удар микрочастицы мусора повредил систему терморегулирования, спутник быстро перегрелся и вышел из строя.

Дыра, оставленная космическим мусором в спутнике SolarMax.

А теперь представьте, что может случиться, если обломок попадёт в пилотируемый космический корабль или орбитальную станцию. На поверхности шаттлов и корпусе МКС не раз обнаруживали отметины от столкновений с мусором.

За последние годы манёвры уклонения от обломков стали для экипажей МКС привычной рутиной.

Среди космического мусора встречаются и радиоактивные объекты. В своё время СССР запустил в космос большую серию спутников морской разведки «УС-А». Каждый аппарат был оснащён ядерным реактором с 30 килограммами обогащённого урана-235. Всего было запущено 33 аппарата, из которых несколько уже «вернулось» на Землю.

Один из них, «Космос-954», в 1978 году упал на территории Канады. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности (к счастью, малонаселённой), что привело к большому международному скандалу. Остальные аппараты перевели на орбиту захоронения высотой 700-1000 километров, где они предположительно смогут оставаться от 250 до 2000 лет.

Немаленький срок, но всё же настанет время, когда нашим потомкам придётся что-то решать.

Известно также, что системы охлаждения некоторых спутников дали течь, из-за чего на орбиту попали тысячи капель натрий-калиевого охладителя, которые теперь тоже вращаются вокруг Земли. Они, в отличие от реакторов спутников, не представляют опасности для планеты, но могут повредить космические аппараты.

Основной топливный бак второй ступени ракеты «Дельта-2», упавший в Техасе в 1997 году.

Эффектом Кесслера называют пугающий сценарий, при котором столкновение двух крупных объектов приведёт к появлению массы новых осколков. Каждый из этих осколков может, в свою очередь, столкнуться с другим мусором, что вызовет цепную реакцию.

Известно, что в 2012 году была потеряна связь с восьмитонным спутником «Энвисат». Он находится на орбите, высота которой составляет 785 километров, и просуществует там ещё около 150 лет.

Каждый год «Энвисат» дважды пролетает на расстоянии 200 метров от нескольких обломков — и велики шансы, что рано или поздно их пути пересекутся.

Многие специалисты считают, что подобное столкновение запустит цепную реакцию, и тогда сценарий Кесслера может стать реальностью.

Фильм «Гравитация» основан именно на гипотезе Кесслера.

Космические чистильщики

То, что орбита нуждается в срочной очистке, признают уже все. Даже если человечество прекратит все космические запуски, количество мусора на орбите всё равно будет расти — за счёт столкновений между уже запущенными аппаратами. Выход только один: хорошенько убрать за собой.

Пока это удаётся только в фантастике. В романе «Фонтаны рая» Артура Кларка строительство грандиозного космического лифта потребовало от человечества основательной чистки орбиты.

В процессе чистки мусорщики даже делают несколько археологических открытий и находят старый космический корабль.

В известном аниме Planetes («Странники») в каждой компании, которая работает в космосе, должен быть отдел по расчистке мусора. Именно этой весьма опасной и не слишком престижной работой занимаются главные герои сериала.

Но это всё фантастика, вымысел — а что насчёт реальности?

Герои «Странников» чистят орбиту от мусора. И относятся к ним как к мусорщикам.

Объекты, находящиеся на низких орбитах (до 400 километров), через несколько лет сгорают в атмосфере. И если бы весь мусор находился именно там, не было бы особой проблемы — природа бы сама убирала за нами. Но беда в том, что большая часть мусора находится гораздо выше. Осколки могут висеть там столетия, тысячелетия, а на геостационарной орбите — и миллионы лет.

Различные организации по борьбе с космическим мусором создавались как при правительствах космических держав, так и на международном уровне, но особого прогресса их работа не принесла.

Рассматривают различные методы борьбы с загрязнением орбиты.

Одни предлагают усиливать защиту космических аппаратов от ударов мелких частиц, другие — тщательнее контролировать запуски, третьи — закладывать на спутники дополнительное топливо, чтобы их можно было свести с орбиты.

Эти меры могут замедлить засорение космоса или спасти корабли, но всё же не решают проблемы. Единственный способ разобраться с космическим мусором — удалить обломки с орбиты.

Помимо стрельбы с орбиты, существует идея наземного лазера, который будет корректировать орбиты космических объектов, заставляя их падать на Землю и сгорать в атмосфере.

Например, можно создать гигантскую сферу из сверхлёгкого пористого материала (аэрогеля), которая будет принимать на себя удары мелких частиц мусора и ловить их или, по крайней мере, замедлять.

Или большую электродинамическую сеть, которая будет замедлять куски мусора, из-за чего они гораздо быстрее будут падать на Землю, сгорая в атмосфере. Или космического охотника, который будет захватывать обломки с помощью сетей или гарпуна.

Не исключено также использование лазеров для сжигания мусора, однако тут придётся обойти международные соглашения, запрещающие вывод оружия на орбиту.

Плохая новость в том, что все эти технологии существуют лишь на бумаге. Но процесс все же понемногу сдвигается с мёртвой точки. Уже в ближайшие годы пройдут первые эксперименты по отработке некоторых из упомянутых технологий. Лишь бы за это время человечество не загадило орбиту окончательно.

Некоторые историки уже сейчас заявляют, что не стоит бездумно уничтожать весь космический мусор: он может представлять значительный интерес для археологов, которые в будущем обязательно доберутся и до орбиты.

В 1980-е NASA пожертвовало космический зонд ISEE-3 Национальному музею авиации и космонавтики. Планировалось, что в 2014 году, когда аппарат сблизится с Землёй, он будет переведён на земную орбиту, после чего подобран шаттлом и доставлен домой.

Но позже от этого плана пришлось отказаться: доставка грузов с орбиты оказалась более дорогим удовольствием, чем когда-то считалось, да и сами шаттлы перестали летать.

И всё же возможно, что в отдалённом будущем некоторые старые спутники будут выставлены в музеях.

Порой космические мусорщики совершают удивительные открытия («Воспоминания о будущем», аниме 1995 года)

***

Если верить одному из шутливых объяснений парадокса Ферми («если внеземная жизнь действительно существует, почему инопланетяне до сих пор не прилетели к нам?»), любая техногенная цивилизация так быстро засоряет орбиту родной планеты, что это делает невозможным любые дальнейшие космические полёты. Будем надеяться, что в случае с нашей планетой это так и останется шуткой.

Источник: https://www.mirf.ru/science/kosmicheskiy-musor

Космический мусор: предотвращение, удаление

Однако не только достижения являются результатом освоения космического пространства. Оставшиеся на орбите неработающие спутники, верхние ступени ракет-носителей (РН) — все это образовало космический мусор.

Большие и маленькие объекты космического мусора (КМ) с огромной скоростью вращаются вокруг Земли. Сталкиваясь между собой крупные частицы образуют целое «облако» мелких частиц, которые продолжают движение по орбите.

  Даже осколок размером менее 1 см, двигаясь со скоростью 8 км в секунду (в 7 раз быстрее пули), может нанести непоправимый ущерб действующим космическим объектам.

Дыра, оставленная космическим мусором в спутнике SolarMax

Количество мусора нарастает быстрыми темпами. Несколько тонн неработающих объектов, вращающихся на орбитах, и столкновения их мелких и крупных частей представляют реальную угрозу действующим объектам.  

Модель загрязнения околоземного космического  пространства объектами КМ (геостационарная орбита)

С 1960-х гг. за космическими объектами на орбите начали вести наблюдение, составляя каталог наиболее крупных из них.

Сейчас вводится в эксплуатацию новая система Space Fence, которая позволит наблюдать до 200 тыс.  объектов размером от 10 см.

Модель загрязнения околоземного космического пространства объектами КМ (низкие околоземные орбиты)

По оценкам разных источников, в районе низких околоземных орбит до высот около 2 000 км находится порядка 300 тыс. техногенных объектов  размером от 1 см и более в поперечнике, общей массой до 5 000 т. Из них только порядка 13 % (около 17 тыс.

объектов) обнаруживаются, отслеживаются и каталогизируются наземными радиолокационными и оптическими средствами, и лишь около 7 % отслеживаемых объектов являются действующими.

Абсолютное большинство (93 %) из вышеуказанных каталогизированных объектов представляют собой космический мусор.

Защита с российского модуля МКС «Звезда», которая была пробита алюминиевым болтом на скорости 6800 м/с

Солнечная батарея станции «Мир» получила значительные повреждения от космического мусора

Сквозное отверстие в радиаторной панели шаттла  «Индевор», оставшееся после столкновения  с куском мусора

На основе этих принципов в 2006 г. Украиной также был принят соответствующий документ — «Ограничение засорения околоземного космического пространства при эксплуатации космической техники».

Конструкторское бюро (КБ) «Южное» при разработке новых образцов ракет-носителей и спутников использует все рекомендации этого документа.

Основные принципы, которые надо учитывать при создании и эксплуатации космической техники для уменьшения количества космического мусора на орбите, следующие:

1. Проектировать космические системы таким образом, чтобы не было случайно отделяемых элементов конструкций — датчиков, крышек, механизмов отделения и пр., как это было с первыми космическими аппаратами.
2. Свести к минимуму возможность самопроизвольных разрушений на орбите. Разрабатывать способы и алгоритмы пассивации космических аппаратов и орбитальных ступеней ракет-носителей в конце полета. Пассивация предназначена для исключения возможности взрыва. Для этого надо утилизировать остатки топлива верхних ступеней ракет-носителей, сжатые газы и запасы энергии аккумуляторов космических аппаратов.
3. Предусматривать возможность проведения маневров на орбите для предотвращения столкновения.
4. Предусматривать возможность увода космических объектов после окончания срока эксплуатации на более низкие орбиты для постепенного спуска и сгорания в плотных слоях атмосферы. Для космических аппаратов, работающих на высоких орбитах (1 500–1 800 км), предусматривать возможность увода на орбиты захоронения, находящиеся на высоте около 2 000 км. Увод космических объектов с рабочих орбит должен производиться за срок не более 25 лет.

Учитывая глобальность проблемы космического мусора, компании многих стран приступили к разработке систем для очистки космических орбит. Системы условно можно разделить на активные  и пассивные.

Системы, предотвращающие образование мусора

«Пассивные» системы устанавливаются на космический объект, чтобы по окончании срока его работы обеспечить его увод с орбиты.

Принцип действия систем, разрабатываемых КБ «Южное», заключается в увеличении силы аэродинамического сопротивления за счет создания большей площади путем развертывания тормозных конструкций. Оболочка этих устройств может быть выполнена разной формы.

Вначале устройство находится в сложенном виде и закреплено на корпусе, но в нужный момент происходит его разворачивание.  Развернутая конструкция обеспечивает значительное увеличение поперечного сечения объекта и увеличивает силу его торможения атмосферой.

  Система эффективно работает для объектов, летающих на орбитах высотой до 800 км.

Это позволяет за требуемое время снизить орбиту объекта до его вхождения в плотные слои атмосферы с последующим разрушением. Эффективность аэродинамических  тормозных систем в соответствии с предварительными расчетами представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Расчет эффективности аэродинамических тормозных систем

КБ «Южное» разрабатывает несколько типов аэродинамических тормозных устройств.

Шарообразное тормозное устройство

Эта пленка уже применялась для конструкций космического назначения и показала высокую работоспособность. Наружная металлизация пленки обеспечивает защиту оболочки от разрушения.

Толщина ПЭТФ — 6 мкм, удельная плотность — 9 г/м2.

Рисунок 2. Каркасная конструкция шарообразной оболочки

Надувной каркас представляет собой конструкцию, которая состоит из восьми трубчатых герметичных элементов, соединенных поперечными стяжками.

Размеры элементов конструкции выбраны так, чтобы при надувании каркаса наружная оболочка приобретала шарообразную форму. Надувание каркаса происходит по восьми рукавам, каждый из которых наполняет свой элемент каркаса.

В этом случае даже при повреждении одного из элементов работоспособность устройства сохраняется, только уменьшается частично площадь торможения.

Мембранное тормозное устройство

Мембранное тормозное устройство на основе саморазворачивающихся штанг выполнено в форме четырехгранной пирамиды, прикрепленной вершиной к спутнику. Основание пирамиды — правильный четырехугольник.

Четыре боковые грани пирамиды образованы треугольными мембранами, прикрепленными к штангам, расположенным вдоль четырех ребер пирамиды. Размеры и форма устройства увода выбраны, исходя из условий минимизации его габаритов и массы в транспортном положении.

Масса мембранного тормозного устройства увода составляет 20 кг.

Штанги представляют собой самораскрывающиеся механизмы, аналогичные тем, которые применялись в конструкции саморазворачивающихся антенн, гравитационных стабилизаторов. КБ «Южное» имеет опыт использования таких механизмов, подобные конструкции применялись еще на первых космических аппаратах.

В транспортном положении каждая мембрана треугольной формы складывается, а затем сворачивается вокруг своего барабана (рис. 3). При этом мембрана за один угол крепится к барабану (за тупой угол треугольника), за два других угла мембрана крепится к корпусам штанги.

Рисунок 3. Тормозное устройство на основе саморазворачивающихся штанг в транспортном положении

Общий вид устройства увода на основе саморазворачивающихся штанг в рабочем положении приведен на рис.4.

Рисунок 4. Общий вид устройства увода на основе саморазворачивающихся штанг в рабочем положении

Выше мы рассмотрели пассивные системы удаление КМ. Их задача – предотвращать возникновение нового мусора и тем самым снижать скорость засорения космического пространства. Но проблема требует более радикального решения. Гораздо эффективнее очистить космос могут активные системы удаления мусора.

Активные системы удаления космического мусора

Активные системы удаления космического мусора представляют собой аппараты, которые захватывают и уводят объект КМ с орбиты, либо на более низкую орбиту (для сгорания в атмосфере), либо на орбиту захоронения. Орбита захоронения должна располагаться достаточно далеко от рабочих орбит.

Создание активных систем удаления является приоритетным направлением исследований, которые координирует Межагентский координационный комитет по борьбе с космическим мусором (IADC).

В настоящее время ведутся разработки активных систем удаления, использующих лазерные бортовые установки, а также установки с использованием ионных лучей (КА-пастух с ионным лучом).

Космический аппарат — перехватчик — это новая разработка КБ «Южное», в состав которой входят космический аппарат — перехватчик и наземный комплекс управления.

Космический аппарат — перехватчик конструктивно состоит из блока аппаратуры, двигательной установки, солнечных батарей и комплекта улавливающих модулей — 6–7 штук (ярусов) (рис. 5).

Рисунок 5

Улавливающий модуль (рис. 6) имеет плоское основание в виде рамы, на котором установлены тормозные двигатели и телескопические штанги, на которые крепится прочная эластичная сеть.

Рисунок 6

В транспортном положении штанги и сеть сложены. В рабочем режиме телескопические штанги верхнего модуля выдвигаются, расправляя сеть.

Перед попаданием объекта КМ внутрь улавливающего модуля телескопические штанги выдвигаются, расправляя сеть (рис. 7).

После захвата объекта улавливающий модуль закрывается с помощью проходящих вдоль штанг специальных тросов, которые стягивают вершины штанг, наматываясь на катушку, закрепленную у основания модуля. Эластичная сеть надежно фиксирует объект.

Рисунок 7, 3D-художник Владимир Тихонов

Тормозные двигатели улавливающего модуля включаются одновременно с отделением улавливающего модуля по команде от космического аппарата, и с помощью собственной двигательной установки модуль уводит космический мусор на орбиту захоронения.

Проект Leosweep

В настоящее время КБ «Южное» принимает активное участие в международном проекте LEOSWEEP («Повышение безопасности низких околоземных орбит с помощью улучшенного электроракетного двигателя»). Этот проект частично финансируется Европейским Союзом.

В рамках проекта разрабатывается технология активного удаления крупного КМ с низких околоземных орбит с помощью ионного луча. Цель этого проекта состоит в том, чтобы показать выполнимость удаления крупного объекта КМ путем дистанционного воздействия на него.

Кроме реализации технического решения, в проекте будет рассмотрена его экономическая целесообразность и разработан юридически обоснованный и реальный путь, который позволит перейти к практическому и крупномасштабному удалению КМ на орбите.

Для реализации этой концепции используется космический аппарат, на борту которого современными ионными двигателями генерируется бесконтактный ионный поток (рис. 8). Для компенсации реакции ионного двигателя (создаваемой им тяги) используют вторую двигательную установку (рис. 9).

КА двигается по орбите объекта космического мусора на небольшом расстоянии от него (10–20 метров) и воздействует на него с помощью энергии ионного луча.

Предполагается, что применение ионных лучей обеспечит безопасный увод космических обломков с орбиты, так как механическое воздействие на объект (контакт) опасно возможностью разрушения объекта и образованием новых обломков.

Рисунок 8

Для осуществления предложенного решения и подготовки к его будущей реализации сейчас проводятся научные исследования физики процессов, решаются ключевые технологические проблемы.

Рисунок 9

На сегодняшний день рынок услуг по пассивной и активной нейтрализации объектов космического мусора находится в стадии формирования. Ведется разработка технологий в обеих областях, однако готовых технических решений еще нет, хотя необходимость их уже давно осознана международными экспертами.  И это дает возможность надеяться, что в ближайшем будущем эти проекты станут нашей реальностью.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://naukatehnika.com/kosmicheskiy-musor.html