Космический мусор – угроза безопасности космических полетов

Космический мусор – угроза безопасности космических полетов

КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР – УГРОЗА БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ
ПОЛЕТОВ

 

Д.В.Маринин

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

 

К третьему тысячелетию человечество активно изучает и исследует космос.
Число космических полетов растет, но они постоянно вталкиваются с рядом
проблем. Одной из таких проблем – проблем экологии космоса, является вопрос об
его загрязненности объектами так называемого космического мусора.

Космический мусор – все антропогенные объекты, которые находятся на
околоземной орбите или возвращаются в атмосферу, включая фрагменты или части
тех объектов, которые закончили свое активное существование.

Чтобы уменьшить угрозу столкновений космические аппараты совершают
маневры отклонения, а это – дополнительный расход топлива и ряд других
сложностей. По расчетным данным Международная космическая станция будет
вынуждена дважды в год  совершать маневры, уклоняясь от опасных объектов.

Степень влияния загрязненности космического пространства на функционирование
космических систем определяется четырьмя факторами: временем нахождения на
орбите, районами по предположению, высотой орбиты, наклоном плоскости орбиты. Для
примерного представления об объектах загрязнения космического пространства,
разрабатывают математические модели его засоренности. 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 орбитальных объектов в
результате запусков, маневрирование (засоренность, связана с включением
ракетных двигателей твердого топлива), разрушение (взрывы и столкновения) т.д.
Кроме того, целью долгосрочных моделирований  является составление прогнозов
количества объектов как функции времени. Тенденции, установленные на основе
долгосрочных моделей, заключаются в следующем:

·
Если космические полеты
будут проходить также, как и раньше, то в будущем загрязнение космического
пространства ускориться из-за столкновений, связанных с увеличением массы на
орбите.

·
Фрагменты мусора,
образовавшиеся после взрывов, могут стать в ХХI веке (как и в данное
время) одним из главных источников загрязнения.

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

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

Мероприятия по уменьшению загрязненности и защите от
космического мусора

В настоящее время около 12% всего каталогизированного комического
мусора составляют объекты, которые отделяются в процессе штатной процедуры
запуска спутников на орбиту и дальнейшей их эксплуатации. В основном это
крепежные детали, заглушки и т.д. Мероприятия по уменьшению загрязненности
такими объектами принимать относительно нетрудно, как технически, так и
экономически. В тоже время возможны ситуации, когда отделение деталей безвыходно
из-за технических причин. В ходе полета может происходить неспециальное
образование мелкого мусора: выбросы шлаков при работе двигателей на твердом
топливе, 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% состава
орбитальных объектов и 85% космического мусора размером более 5см. Основной
причиной 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 предотвратить
большую часть таких случаев. К числу эффективных мер можно отнести сжигание или
продувание неиспользованного топлива, разрядку аккумуляторных батарей,
освобождение жидкостей из-под давления. Вероятность случайного столкновения КА
на околоземной орбите хотя и не значительна, но все-таки есть. Примером такого
случая было столкновение осколка, образовавшегося в результате взрыва верхней
ступени ракеты-носителя «Ариан», с действующим французским спутником CERISE,
в результате была нарушена его работоспособность. Можно сказать, что увеличение
числа и размеров спутников на орбите ведет к повышению вероятности
столкновений. Что касается спутников, которые заканчивают свою программу, то
значительному уменьшению вероятности столкновений будет влиять их перевод на
нижнюю орбиту или контролированное возвращение в атмосферу.

С точки зрения на современный уровень засоренности околоземного
пространства, следует применить концепции прямой и непрямой защиты. Защита от
частиц размером 0,1-1 см может осуществляться за счет применения экранных
конструкций. Защита от частиц размером более 1см может осуществляться за счет
принятия специальных мер при проектировании КА, заключающихся в расположении
жизненно важных систем в так называемых мертвых зонах относительно направления
удара потоком мусора. Что касается экранных конструкций, то они бывают разного
типа: это и простые одношаровые выносные экраны, размещающиеся перед корпусом
аппарата, и сложные многошаровые  конструкции из металла и керамики.  Также
ориентируя определенным образом космический 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 хвостовая часть была повернута в
направление движения. Работы в космосе происходят таким образом, чтоб космонавты
были защищены корпусом станции.

Одной из важнейших мер по уменьшению засоренности является
информирования об опасностях, связанных с загрязненностью космического
пространства и  о многочисленных источниках образования космического мусора.
Экономически оправданным является применения мер по уменьшению загрязнения на
ранних стадиях конструирования КА. С использованием долгосрочных имитационных
моделей космической среды ведется работа для оправдания эффективности разных
сценариев и затрат связанных с их использованием. Исследования позволяют
оценить, какое влияние оказывает разного рода практика в этой области. Также проблема
столкновений и взрывов связана с неконтролируемыми запусками различных
космических аппаратов. Для решения этой проблемы необходимо установить контроль
за материалами, технологиями производства и запуска космических аппаратов. Во
избежание столкновений КА, что является основой появления крупных частей
мусора, целесообразно ввести прогнозируемые расчеты для установления безопасных
стартовых окон, исключающих пересечение траектории полета КА с пилотируемыми
кораблями, находящимися на орбите.

В короткосрочной перспективе наибольшую пользу может принести
исключение случайных взрывов КА. Эффективной мерой предотвращения таких
разрушений является пассивация аппаратов в конце программы полета. В
долгосрочной перспективе при отсутствии мероприятий по уменьшению засоренности
из-за нагромождения объектов на орбите может значительно возрасти опасность для
проведения космических операций в области, как низкой, так и высокой
околоземной орбиты. Мероприятия по снижению загрязненности и защиты космоса могут влиять на
конструкции КА, их стоимость и эксплуатацию. Экономически выгоднее предвидеть и
внедрить эти изменения на ранних этапах проектирования и производства КА и
ракетоносителей.

Хотелось бы добавить, что загрязненность космоса с каждым годом
продолжает расти, в связи с этим растет риск столкновений причиняющих
повреждения КА. Поскольку с помощью существующих технологий тяжело решить
задачу улучшения состояния космической среды, разумным шагом по сохранению
космического пространства для будущих поколений в настоящее время есть принятие
мер по уменьшению загрязненности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *