Реферат: Космический мусор – угроза безопасности космических полетов
Реферат: 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.
|