Космический мусор проблемы и пути решения


Кафедра безопасности труда

 

 

 

Web-квест на тему: «Проблема космического мусора, пути решения»

 

 

 

 

 

 

Сегодня ни одна развитая страна мира не может обойтись без мобильной связи, телевидения, радиосвязи, средств наблюдения за опасными участками земной поверхности, космической навигации, космической разведки и т.п. И все это заслуги искусственных спутников Земли и космонавтики.

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 сложившуюся ситуацию. [1]

Космический мусор — это все те искусственные объекты в космосе или их фрагменты, которые являются неисправными. Они не функционируют, не смогут послужить никакой полезной цели в будущем, но при этом являются опасным фактором воздействия на космические аппараты. Некоторые объекты космического мусора могут представлять опасность для планеты Земля, в тех случаях, если они сойдут с орбиты, не полностью сгорят в верхних слоях атмосферы или их обломки выпадут на населенные пункты или промышленные объекты.


Проблема засорения космического пространства возникла после первых запусков искусственных спутников Земли в середине 20 века. Уже в 1993 году после официального доклада Генерального секретаря ООН проблема космического мусора была объявлена международной, так как она негативно влияет на все страны мира, так или иначе участвующие в освоении космоса. [3]

Космический мусор – мусор, оставленный на орбите в результате деятельности человека. Его количество увеличивалось на низкой околоземной орбите более 70 лет. Это может быть и отработанные ступени ракет, и отработавшие спутники, обломки, оставшиеся от случайных столкновений. Размер космического мусора может доходить до нескольких метров, но чаще всего это мелкие частицы, такие как металлическая стружка и краска. Несмотря на свои небольшие размеры, такие обломки часто движутся со скоростью более 27 000 км/ч –  достаточно быстро, чтобы нанести значительный ущерб космическим кораблям. Спутники, ракеты и космические станции, а также астронавты выходят в открытый космос, чтобы справиться с растущими повреждениями, вызванными столкновениями с этими частицами. [4]


В некоторых случаях, крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т.п.) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли — при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п.

Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существуют оценки, так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора». При экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит(НОО), даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, этот эффект может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора на НОО и, как следствие, к практической невозможности дальнейшего освоения космоса. Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьёзной проблемой». [5]

Около 6 % отслеживаемых объектов — действующие. Около 22 % объектов прекратили функционирование, 17 % представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей, и около 55 % — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки взрывов и фрагментации.


Наиболее засорены те области орбит вокруг Земли, которые чаще всего используются для работы космических аппаратов. Это НОО, геостационарная орбита (ГСО) и солнечно-синхронные орбиты (ССО).

Вклад в создание космического мусора по странам: Китай — 40 %; США — 27,5 %; Россия — 25,5 %; остальные страны — 7 %.[8]; по другим оценкам (на 2014 год): Россия — 39,7 %; США — 28,9 %; Китай — 22,8%. [5]

Одновременно с этим разрабатываются и новые правила использования космоса. Так, например, на борту каждого искусственного спутника должны присутствовать резервные запасы топлива, позволяющие по истечении срока его годности направить спутник к Земле или перевести его в специально отведенные для этого районы околоземных орбит. Кроме этого, разгонные блоки ракет обязаны снабжаться системами слива топлива, во избежание их последующего взрыва. Однако, данные меры являются недостаточными, и проблема космического мусора сегодня по-прежнему остается открытой. [6]

Одна из самых больших проблем космического мусора это то, что он растет в геометрической прогрессии. Эта тенденция, наряду с увеличением числа стран, выходящих в космос, сделала орбитальные столкновения обычным делом в последние годы. Особенно пострадали новейшие космические державы.


События похожи на столкновение спутников 2009 США и России, вызвавшее опасения, так называемого синдрома Кесслера. Этот сценарий, где космический мусора достигает критической массы, вызвав цепную реакцию столкновений практически каждого спутника и техногенных объектов в орбитальной группе, был сокращен. Такое событие может разрушить мировую экономику и сделать будущие космические путешествия практически невозможными.

К 2030 году количество космического мусора на орбите увеличилось в три раза, по сравнению с 2011 годом. Бесчисленные миллионы фрагментов теперь можно найти на различных уровнях орбиты. Новое поколение защиты для космических аппаратов и ракет в настоящее время разрабатывается, наряду с более жесткими и прочными скафандрами для космонавтов. Это включает в себя использование «самовосстанавливающихся» материалов нанотехнологий, только вот расходы слишком высоки для их полного оснащения.

Большие куски мусора также влияют на саму Землю. Хотя большая ее часть и находится в океане (70% поверхности планеты покрыто водой), произошло несколько аварии на Земле, что потребовало установку систем раннего предупреждения для людей в пострадавших районах.


Регулирование началось с целью уменьшения роста космического мусора, в то время как улучшенная система защиты и технологии ремонта снизили частоту повреждений. Увеличение вычислительных мощностей и систем слежения также помогают предсказать путь мусора и предупредить космические корабли о наиболее опасных районах. Возможность физически переместить мусор теперь стала возможна, в том числе при помощи наземных лазеров, которые могут подтолкнуть его к более низкой орбите, где он сгорит при взаимодействии с атмосферой Земли. Несмотря на это, космический мусор остается дорогостоящей проблемой для ее решения. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку экономически приемлемых методов очистки космического пространства от мусора пока не существует, основное внимание в ближайшем будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование мусора: предотвращению орбитальных взрывов, сопутствующих полету технологических элементов, уводу отработавших ресурс космических аппаратов на орбиты захоронения, торможению об атмосферу и т. п. [5]

Единственный способ решить эту экологическую проблему — устроить на околоземной орбите генеральную уборку. Только вот технологий, которые позволили бы ее произвести, пока не создано. Определенные разработки есть, но они слишком дороги. Например, распыление на орбите вольфрамовой пыли гипотетически позволило бы притормозить обломки размером не более 10 см и «сбросить» их в плотные слои атмосферы. Вольфрамовой пыли понадобиться несколько десятков тонн. И это, если учесть, что содержание вольфрама в земной коре составляет около 0,0013%.


Единственное, что пока можно сделать с Земли — снижать орбиту спутников перед выводом их из эксплуатации. Это позволит сократить время «околоземного кружения» аппаратов с 20 до 5 лет. Шансы, что их постигнет синдромом Кесслера, снижаются. [7]

По причине того, что экономически и технически приемлемых способов утилизации космического мусора на данный момент не существует, основное внимание будет уделяться мерам контроля за образованием мусора. К ним относятся: увод космических аппаратов, отработавших свое время на орбиты захоронения, предотвращение орбитальных взрывов, которые сопутствуют полету технологических элементов, использование способа торможения об атмосферу и другие. Однако, большинство мер, направленных на уменьшение засорения космоса, так или иначе затрагивают вопросы создания конкурентоспособной космической техники, что влечет за собой значительные траты. Это проекты модернизации перспективной космической техники, общие стандарты и нормативы, которые нужно принимать на глобальной основе и очень взвешенно. [3]

В настоящее время только две страны — Россия и США имеют возможность и отслеживают всё околоземное космическое пространство в плане техногенного засорения с опорой на свои национальные системы контроля космического пространства.

Источник: www.yaneuch.ru

Понятие космического мусора


С начала освоения околоземного пространства вокруг земли вращались до 15000 спутников и объектов, созданных на земле. Космический мусор возник в результате деятельности человека вне зависимости от причин появления.

Число действующих аппаратов приближается к 1500. На огромной скорости (56000 км/ч) передвигаются старые неуправляемые спутники и зонды (3600) вместе с другим мусором. По приблизительным подсчетам сейчас летает на орбите:

  • крупных фрагментов (10 сантиметров в диаметре) до 30 000;

  • небольших обломков (больше 1 сантиметра) 680 тысяч;

  • миниатюрных остатков (меньше миллиметра) свыше 170 миллионов.

Рассмотреть мельчайшие частицы невозможно, и в каталог заносят исключительно большие обломки (от 14000 до 17500) с суммарным весом до 6000 тонн. Неоднородный состав хлама земного происхождения включает:

  • мелкие осколки после взрывов носителей и столкновений (55 %);

  • ненужные ступени ракет и разгонные блоки (17 %);

  • старые геостационарные станции и спутники (20 %).

  • фрагменты облупившейся краски и металлической стружки.


В совокупности мусор в космосе занимает объем свыше 90 процентов. На функционирующие объекты отводится 6 процентов.

Причины и источники возникновения

Космический мусор: проблемы и пути решения

Накопление мусора приводит к периодическим взрывам и появлению огромного числа мелких обломков. Взрывы происходят из-за:

  • отслуживших двигателей (44%);

  • отживших батарей (13%);

  • изменения скорости (12%);

  • аэродинамических эффектов (3%);

  • прямых столкновений (1%).


Возникают неизвестные причины (27%), приводящие к добавлению отходов. Взрыв индийской ступени ракеты (в 2003 году) привел к образованию 300 крупных фрагментов. Китайцы решили уничтожить старый спутник, и образовалось до 150 тысяч мельчайших обломков. По классификации отходы разделили на три типа объектов.

  1. Несложно заметить спутники, отработавшие ресурс или вышедшие из-под контроля. Вращаются последние ступени ракет.

  2. Вторая категория отведена зондам и мусору, возникшему в результате эксплуатации (разгонные блоки, болты и крепежи).

  3. Третья группа включает мелкие частицы (краска, оболочки, шрапнель).

Взрывы оборудования предотвратить практически невозможно. Отсутствует управление, и основной околоземный мусор появился в результате столкновений.

Потенциальная опасность

Космический мусор: проблемы и пути решения


Ежегодно на орбиту выходит до 150 тонн обломков, вызывающих тревогу. Высокая скорость и изменение траектории полета увеличивают число взрывов и объем космических отходов.

  1. Разбить спутник сумеет крупный фрагмент (10 см). Сантиметровый осколок пробивает защиту международной станции.

  2. Мелкая частичка надолго выведет из строя дорогостоящую аппаратуру и опасна для космонавтов, работающих в открытом космосе. Изменить траекторию и избежать столкновения не реально.

  3. При сгорании в атмосфере немало массивных обломков оказываются на земле. Гарантировать падение в океан или незаселенный участок пока не удается.

Случаи неполадок на МКС, повреждения спутников и кораблей единичны. Однако картина выглядит не радужной, учитывая причину столкновений, связанную с космическим мусором.

Эффект Кесслера

Синдром Кесслера представляет гипотетическую картину событий, если космические отходы будут накапливаться стремительно. Автором одноименной разработки был консультант НАСА, решивший провести некоторые подсчеты.

Накопление спутников и станций может вызвать столкновение двух крупных объектов. Эффект домино приводит к дальнейшим катастрофам, нарастающим как снежный ком. Число мелких фрагментов вырастает в тысячи раз, и происходит их сцепление.

Значительные столкновения должны происходить через каждые 5 лет. Это неизбежно увеличит объем мусора, несмотря на отказ от полетов.

Варианты защиты

Космический мусор: проблемы и пути решения

Ученые и военные в нашей стране задумались о борьбе с космическим мусоров в 1985 году. Разработка защиты ведется по нескольким направлениям, важно оградить функционирующие космические объекты от столкновений.

  1. Нахождение разнообразных фрагментов проводится с помощью телескопов. Система раннего оповещения позволяет своевременно изменить траекторию.

  2. Осуществляется экологический мониторинг объектов и геостационарной орбиты. Создается подробный каталог фрагментов космического мусора.

  3. Математическое моделирование помогает произвести нужные расчеты. Международные системы должны предупреждать об опасном сближении или входе в слои атмосферы.

  4. Разрабатываются современные методы защиты от высокоскоростных частиц.

Возникшая проблема с мусором особенно затрагивает МКС. Приходится регулярно производить корректировку орбиты. При приближении к зарегистрированным фрагментам космонавты укрываются в корабле. На деталях со станции заметны повреждения после ударов мелких осколков, незаметных с земли.

Варианты уборки и уничтожения

Разрабатывают самые неожиданные пути решения вопроса. Разработка затрагивает коррекцию, сбор и утилизацию отходов на орбите.

  1. Компания EDDE хочет вылавливать обломки при помощи гарпуна и сети. В дальнейшем их перемещают на низкую орбиту. Предлагается убирать до 2500 объектов за семь лет.

  2. Международный проект LEOSWEEP предлагает активно удалять крупные фрагменты с использованием ионного луча. Бесконтактный поток обеспечит увод с орбиты.

  3. Солнечный парус от HibridSail готов задействовать тросы для буксировки и обмен импульсами. Состыковка с куском приведет к дальнейшему спуску.

  4. Распыление вольфрамовой пыли должно разрушить орбиту мелких остатков с дальнейшим опусканием в слои атмосферы для полного сгорания.

  5. Использование мощных лазеров будоражит умы. Технология разработана в нашей стране 15 лет назад, но затраты для уничтожения одного фрагмента достигают миллиона долларов.

  6. Интересно выглядит предложения ученых из разных стран о монтаже гигантского лазера на космическом телескопе. К основной задаче регистрации ультрафиолетового излучения добавится взрыв мусора на орбите, поскольку телескоп способен уловить небольшие обломки, расположенные рядом со станцией.

  7. Привлекательно выглядит спутник и корабль, выступающий в роли орбитального мусоровоза. Перерабатывая природный мусор, удастся получить ценные металлы и сплавы.

Основные помехи внедрения инновационных разработок заключены в немалых затратах. Утилизация пока обходится слишком дорого.

Поиск и отслеживание

Космический мусор: проблемы и пути решения

Ученым приходится долго спорить о целесообразности внедрения разработок. Это не мешает наладить контроль для создания специальной карты с выявленным мусором.

За последние годы созданы мощные оптические и радиолокационные телескопы. К исследованию околоземной орбиты и космоса добавилась функция поиска всевозможных обломков.

Поиск помогает создавать точные каталоги в странах. Американцы насчитали порядка 17 тысяч объектов. Российский каталог содержит аналогичное число фрагментов, способных разрушить космический аппарат.

Работы по отслеживанию активно ведутся в Китае и европейских странах. Координация деятельности возложена на специальное бюро (IASBCC).

Россия

Начало работы над каталогом в стране положила система контроля орбитального пространства. Программы учета и ликвидации мусора заработали 35 лет назад. Конкретные результаты появились в 1990 году.

Один проект позволил систематизировать полученные сведения. Математики создали модель засоренности. Последняя программа, рассчитанная до 2025 года, говорит о создании уборщиков, способных за полгода перевести на другую орбиту до 10 фрагментов. Идентификацией занимаются радиооптический, оптико-лазерные и электронные центры.

США

В Соединенных Штатах работают военные и гражданские программы, нацеленные на отслеживание фрагментов. Координацией занимается НАСА и служба, отвечающая за работу сети по наблюдению за пространством. Диаметр занесенных в каталог обломков достигает нескольких сантиметров.

ЕКА

Европейское космическое агентство работает по разным направлениям. Осуществляется контроль за инструментами слежения на орбите (TIRA, EISCAT). Вкладываются средства в совместные разработки по уничтожению фрагментов.

Международное сотрудничество

Ситуация с мусором на околоземной орбите вызывает тревогу в области науки и экологии, техники и юриспруденции. Представители космической отрасли и научных центров обсуждают проблемы на самом высоком уровне.

Для решения вопроса подключается астронавтическая федерация (IAF), комитет по исследованию пространства (COSPAR), союз электросвязи (ITU) и институт космического права (ICJ).

Две группы экспертов (MIT и EKA) намереваются повысить ответственность компаний, решивших отправить спутник в космос. Необходимо создать независимую систему контроля за компаниями, отвечающими за запуск спутников при соблюдении стандартов, помогающих провести процесс утилизации в назначенные сроки.

Космический мусор: проблемы и пути решения

Заключение

Покорение космоса из многовековой мечты превратилось в реальность. Больше 1500 спутников нужны для военных и научных целей, обеспечения связи и интернета. Известные концерны намереваются в ближайшее время запустить более 700 спутников для создания новой сети. Достоинства обернулись минусом из-за роста объема космического мусора. Россия отвечает примерно за 40 процентов обломков. США и Китай — 29 и 23 соответственно. На остальные страны приходится примерно 8 процентов. Огромная скорость и кинетическая энергия приводят к серьезным повреждениям орбитальных станций и действующих спутников. Способы уничтожения не апробированы на практике и затратны. Откладывать утилизацию опасно и недальновидно. В ближайшие годы планируется запустить несколько проектов по эффективной очистке. Ненужный мелкий хлам проще опустить вниз для полного сгорания в атмосфере. Крупные объекты выводят в область космоса, несвязанную с вращением активных спутников.

Источник: OthodovNet.com

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.

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.

Космический мусор проблемы и пути решения

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:

«Мой фантастический концепт — это система, состоящая из коллектора, распылителя сети и пункта утилизации на околоземной орбите. Учитывая то, что стоимость запуска может варьироваться от 4 до 5 тысяч долларов за фунт (8-10 тысяч за килограмм), не говоря уж о ценных металлах, используемых в производстве спутников, переработка может стать прибыльным делом однажды. Такой сборщик может работать на ядерной энергии и эффективных ракетах VASIMR для движения и сбора мусора».

Телескоп с лазером

Международная группа ученых предлагает прикрепить гигантский лазер к космическому телескопу и взрывать с его помощью мусор на орбите.

«Возможно, мы, наконец, нашли способ убрать головную боль быстро растущего объема космического мусора, опасного для космической деятельности, — говорит Тошиказу Ебисузаки из Калифорнийского университета в Ирвайне. — Мы считаем, что эта отдельная система может устранить большую часть сантиметрового мусора уже за пять лет эксплуатации».

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.

«Если все пойдет хорошо, — говорит Ебисузаки, — мы планируем установить полномасштабную версию на МКС, включив трехметровый телескоп и лазер с 10 000 волокон, которые будут способны сбивать мусор с орбиты на расстоянии до 100 километров. Заглядывая дальше в будущее, мы могли бы создать отдельную миссию и вывести ее на полярную орбиту на высоте 800 километров, где сосредоточено больше всего мусора».

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: Hi-News.ru

Откуда появляется космический мусор

Мусор в космосе отслеживается и регистрируется. Этим занимаются многие страны. США и Россия имеют наиболее полные данные, так как обе страны в 60-е XX века создали военную систему, которая предупреждала о ракетном нападении. В дальнейшем отделились организации, занимающиеся наблюдением за мусором.

космический мусор

Наблюдение за загрязнением космоса ведется 2 способами – радиолокационным, оптическим.

Существует космическое и антропогенное загрязнение.

Первый тип возникает непосредственно в околоземном пространстве. К нему относятся:

  • астероиды;
  • кометы.

Что входит во второй список:

  • спутники с утерянной связью, они не осуществляют работу;
  • последние ступени ракет;
  • обшивка искусственных спутников Земли;
  • мелкие осколки (1-10 см).

Существуют специальные каталоги, в которых причислен весь мусор размером более 10 см. Если спутники, их утерянные детали, ступени имеют вес от 150 кг до 7 тонн и их легче обнаружить, то осколки, детали менее 100 мм довольно трудно обнаружить и зарегистрировать.

Количество мусора в каталогах дается приблизительно, так как США и Россия часто маскируют свои спутники под мусор. Примерное количество целых устаревших спутников на околоземном пространстве – 1900 шт. Количество мелких деталей – 19000 шт.

Страны-рекордсмены по загрязнению космоса

До 2006 года неизменными рекордсменами являлись Российская Федерация Соединенные Штаты Америки. Затем присоединилась Поднебесная. В Китае проводился запуск противоспутниковой ракеты зимой 2006 года. После испытаний каталог пополнился на 2200 пунктов космического мусора.

Страны – источники загрязнения космоса:

  1. Россия – 32% от общего количества.
  2. Китай – 31%.
  3. США – 29%
  4. Другие страны – 8%.

борьба с космическим мусором

С 1957 года человечеством отправлено «в полет» около 7000 тонн мусора.

Чем опасен космический мусор

По предварительным расчетам через 20-30 лет полностью засорится околоземная среда.

В чем опасность:

  1. Прекращение пилотируемых и непилотируемых полетов. Даже частицы диаметром 1 мм представляют большую угрозу. Скорость движения ее – до 7,2 км/сек. К примеру, в 1983 году мельчайшая частица после соприкосновения с «Шаттлом» оставила на его иллюминаторе серьезное повреждение.
  2. Падение на Землю. Не все детали сгорают по пути на нашу планету. Крупные и мелкие части падают на населенные пункты, производственные объекты, коммуникации. Отмечены случаи ранения людей мелкими частицами из космоса.
  3. С 1965 года на орбиту начали запускать аппараты, оснащенные ядерными реакторами. 15 спутников без связи с Землей остались на околоземной орбите и считаются космическими отходами. Упало на поверхность планеты 9 радиоактивных объектов.
  4. Засорение пустот Вселенной.

Мусор – серьезная проблема для околоземной орбиты. На МКС уже не один раз поднималась тревога по поводу пролетавших рядом огромных его скоплений.

Радиоактивное загрязнение космоса

Радиация в космосе – засорение околоземного пространства из-за вывода на орбиты ядерных реакторов, их разрушения там.

мусор вокруг планеты

Для данной среды радиоактивное загрязнение не несет угрозы. Но неизбежно влияние на планетарную поверхность. Загрязнение несет угрозу экологии Земли. Последние годы характеризуются учащением выпада радионуклидов. Это происходит из-за разрушения реакторов.

Электромагнитное загрязнение космоса

Есть два вида электромагнитного излучения Земли – естественное и искусственное.

Что относится к естественному:

  • атмосферные электрические помехи;
  • тепловое радиоизлучение;
  • космическое излучение;
  • радиоизлучение Солнца и планет.

Источниками искусственного радиоизлучения называют:

  • космическую аппаратуру;
  • спутники, запущенные на орбиту.

Информация о данном типе не воспринимается всерьез людьми, так как воздействие нельзя увидеть или почувствовать. Но электромагнитное излучение при постоянном воздействии приводит к снижению иммунитета, сбоям в работе нервной системы, нарушению в работе сердечно-сосудистой и эндокринной систем.

Как бороться с космическим загрязнением

Сегодня не существует эффективных практических мер по очищению околоземного пространства от загрязнения. Поэтому международное сотрудничество приоритетно занимается развитием обеспечения безопасности полетов.

уничтожение космического мусора

Какие есть направления:

  1. Мониторинг за экологической обстановкой, регистрация нового мусора в каталогах.
  2. Моделирование космического мусора с помощью математических расчетов.
  3. Развитие систем, которые смогут прогнозировать опасность загрязнения для полетов и осуществлять контроль над сближением мусора и космических объектов.
  4. Создание средств защиты, которые спасут космическую аппаратуру от повреждений, если она столкнется с мусором.
  5. Внедрение мероприятий по сокращению засорения.

Проблема загрязнения космоса требует скорейшего решения. Разрабатывают системы мусоросборки.

Ниже описаны последние разработки:

  1. «Лазерная метла». Суть метода заключается в том, лазер обнаруживает мусор и воздействует на него. Его цель не разрушение, а только изменение скорость. Такое возможно из-за воздействия светового давления. «Лазерная метла» осуществляет свою работу с космоса и с Земли. Поэтому есть 2 названия: «Система космического базирования», «Система наземного базирования». Метод малоэффективен. Скорость движения частиц – 7,2 км/сек. Чтобы изменить орбиту одного небольшого обломка, нужно воздействовать на него лазером несколько суток.
  2. «КлинСпейс Ван». Проект, предложенный университетом Лозанны, Швейцария. На орбиту отправляется наноспутник. Он, приблизившись к вышедшему из строя космоаппарату, хватает его. Далее наноспутник падает на Землю. Стоимость строительства и запуска такого спутника – 200 тысяч долларов, что в разы меньше, чем убыток от разрушения спутника связи. Урон оценивается в таком случае в десятки миллионов долларов.
  3. Солнечный парус. Идея Суррейского института в Великобритании. Суть в том, что спутники оснащают специальным парусом. После того как аппарат перестает работать, солнечный парус тормозит его и сводит с орбиты. Тестовый вариант уже запущен на орбиту.
  4. Проект GOLD. Безумная идея, предложенная в 2010 году канадскими учеными. Его суть в том, чтобы к каждому космическому аппарату прикрепляли огромный шар с гелием. Он поможет затормозить спутник. Затем в течение года происходит путь до плотных слоев атмосферы, где происходит сгорание.

Космическое загрязнение – большая проблема человечества. Если не будут приняты меры по его снижению, то закончатся полеты на орбиту. Так остановится освоение космического пространства. Радиоактивное и электромагнитное излучение, мусор из космоса наносят урон Земле.

Источник: musorish.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.