Пятница26 апреля
Образование

Мусор в космосе вокруг Земли: откуда берется и чем опасен

24 января 2019

Процесс освоения космического пространства, практически начавшийся в середине 20 века, обычно представляется с положительных сторон как новый этап развития научно-технологического знания. Однако уже после запуска первого спутника параллельно начался и совсем другой негативный процесс, связанный с засорением околоземных орбит. Искусственный мусор в космосе представляет массу угроз как для космических аппаратов, так и для Земли.

Источники космического мусора

Под мусором в данном случае понимаются производные техногенного характера, которые весьма разнообразны, но связаны с непосредственной деятельностью человека. К примеру, метеороиды естественного происхождения не представляют опасности в отличие от техногенных отходов, создающих угрозы по причине своего длительного нахождения на околоземной орбите.

Космический мусор

Итак, откуда в космосе мусор, представляющий опасность? Его большая часть представляет собой образующиеся при запусках спутников и выводах других аппаратов на орбиту. В таких процессах обязательно задействуются сопутствующие пилотируемые или автоматические корабли, которые оставляют после себя технические объекты и расходные материалы. Наиболее опасным источником загрязнения такого рода является разрушение спутников и кораблей на орбите, в результате чего в космосе остается неуправляемое оборудование и конструкционные части летательных аппаратов. Сами по себе фрагменты после крушений техники или в процессе запланированного выброса отходов не представляют серьезную угрозу в единичном числе. Однако при длительном накоплении образуются крупные объекты, зачастую имеющие высокий радиоактивный потенциал, что затрудняет их уничтожение.

Существенную роль в процессах формирования опасного мусора играет эффект «возрастной» деградации обломков космических объектов в условиях действия агрессивной окружающей среды. На те же скопления мусора оказывает негативное воздействие космическая пыль, радиация, температурные перепады, кислородное окисление и т. д. Таким образом, приходится иметь дело не просто с физическими элементами, представляющими угрозу столкновения, а с неуправляемыми и взрывоопасными материалами, повышающими риски катастроф.

Мониторинг космического мусора

Существующие опасности, связанные с наличием космического мусора, обуславливают и необходимость постоянного исследования околоземных орбит. Специальные аппараты сканируют техногенные отходы по нескольким характеристикам, в числе которых размер, масса, форма, скорость движения, траектория, состав и др. В зависимости от величины расстояния от Земли применяется определенное оборудование. К примеру, низкая околоземная орбита системы LEO условно охватывает дистанцию от 100 до 2000 км. В этом спектре действуют радиотехнические, радиолокационные, оптические, оптикоэлектронные, лазерные и другие устройства для наблюдения за космическим мусором. При этом разрабатываются и специальные алгоритмы для анализа полученной на данных аппаратах информации. Для объединения множества фрагментарных данных применяются сложные математические вычислительные модели, дающие относительно цельную картину происходящего на конкретном участке наблюдения.

Несмотря на применение высокотехнологичных способов мониторинга, пока еще остаются проблемы отслеживания мелких частиц размером в несколько миллиметров. Такие фрагменты поддаются лишь частичному исследованию бортовыми датчиками, но этого недостаточно для получения комплексных сведений, к примеру, о химическом составе объекта. Одним из направлений мониторинга подобных частиц является так называемое пассивное измерение. В свое время по такому принципу изучались компоненты космической станции «Мир», возвращенные на Землю. Суть данной технологии заключается в регистрации ударов исследуемых частиц о поверхности аппарата в условиях открытого космоса. В лабораториях подвергались анализу повреждения разного типа, что позволяло получить дополнительные сведения о космическом мусоре. Сегодня по этому пути исследования работают бригады космонавтов непосредственно на орбитах, инспектируя поверхности действующих кораблей.

Видео по теме

Распределение мусора в околоземном космическом пространстве

Мусор на околоземной орбите

Мониторинг космического пространства свидетельствует о неравномерном распределении мусора разных типов по орбитам. Наибольшие скопления отмечаются в низкоорбитальной области – в частности, по сравнению с высокими орбитами разница в показателях плотности может быть тысячекратной. В то же время наблюдается взаимосвязь плотности скоплений с размерами частиц. Пространственная плотность среднеразмерного мусора обычно ниже на высоких орбитах, чем на низких в меньшей пропорции по сравнению с крупнофракционными элементами.

На характеристики распределения космического мусора вокруг Земли влияет целый ряд факторов, среди которых особенности происхождения. Например, мелкие фрагменты, образовавшиеся в результате разрушения частей станции или спутников, имеют нестабильные вектора скоростей. Что касается крупного мусора, то он благодаря высокой динамике способен достигать больших высот до 20 000 км, а также распространяться в области геостационарного кольца. На уровне 2000 км наблюдается неравномерное распределение с точками повышения плотности на высотах 1000 и 1500 км, в частности. К слову, наиболее засоренной является геостационарная орбита, причем в ее же области фиксируется высокая склонность мусора к дрейфу.

Тенденции развития процесса засорения космоса

Мониторинг космического мусора

Специалистов, занимающихся изучением космоса, в большей степени беспокоят не текущие угрозы, а потенциал засоренности околоземных орбит. На данный момент исследования позволяют говорить об увеличении темпов загрязнения на 4-5% за год. Причем роль запусков космических аппаратов до сих пор достоверно не оценена с точки зрения роста популяции инородных тел на разных орбитах. Прогнозированию поддаются крупные объекты, но, как уже отмечалось, ограниченность информации о мелком мусоре даже в ближнем космосе не позволяет с высокой долей объективности говорить о характеристиках массового засорения. Несмотря на это, ученые делают два однозначных вывода о мелком мусоре:

  • Объем мелких частиц, которые образуются в результате разрушений, стабильно возрастает вместе с увеличением числа столкновений. И в лабораторных условиях, и в теоретических исследованиях было показано, что мелкие осколки составляют значительную долю элементов, отделяющихся от объектов разрушения.
  • Очень маленькие частицы в виде тех же продуктов столкновений в большей степени подвержены негативным влияниям внешних сил. Эффект деградации при нахождении мусора в агрессивных условиях длительное время снижает вероятность достоверной оценки относительно будущего подобных скоплений.

Очевидно, что проблемы нахождения мусора в космосе будут только усугубляться, что требует принятия соответствующих мер. Но даже при условии полной остановки проектов, связанных с космической деятельностью, околоземная орбита будет продолжать засоряться в результате столкновения существующих элементов загрязнения с естественными частицами. По инерции данный процесс будет продолжаться еще как минимум 100 лет.

Виды последствий космического засорения

Угрозы от космического мусора

К наиболее опасным негативным последствиям от влияния космического мусора можно отнести следующие:

  • Экологический ущерб для Земли. Само по себе наличие техногенного мусора в пределах околоземной орбиты влечет изменение экологического фона и нарушает первозданную чистоту среды нахождения. По данным астрономов-наблюдателей, уже сейчас прогрессирует процесс снижения прозрачности околоземного пространства, что также объясняет наличие помех для работы радиотехнического оборудования. Непосредственно для Земли можно отметить опасность падения компонентов с топливными материалами, обеспечивающими работу реактивных двигателей.
  • Падение мусора на Землю. Даже без радиоактивного эффекта падение техногенных отходов из ближнего космоса может привести к катастрофическим последствиям. На сегодняшний день наиболее крупные приземлившиеся объекты имели массу не более 100 т, но серьезных угроз для планеты это не представляло. С другой стороны, по мере увеличения интенсивности засорения околоземной орбиты и этот сценарий будет становиться все более мрачным.
  • Опасность космических столкновений. Не стоит недооценивать вред космического мусора для используемой в обеспечении полетов техники. Те же удары крупных и малых частиц могут приводить к существенным нарушениям в работе аппаратов, а большие аварии ставят под угрозу перспективы реализации дорогостоящих амбициозных проектов.

Системы оценки повреждений при столкновении с мусором

Мусор в космосе вокруг Земли

В первую очередь применяется уже сложившаяся практика анализа воздействий на поверхности космических аппаратов путем внешнего осмотра самими космонавтами. Как говорилось выше, результаты подобных исследований могут в дальнейшем использоваться и для определения характеристик мусора. Однако наиболее точную аналитическую информацию дают только лабораторные испытания, в которых на целевые материалы оказывается искусственное воздействие. Имитация столкновения техники с мусором в космосе реализуется за счет сверхскоростных ударов. Далее посредством компьютерного и цифрового моделирования обрабатываются полученные данные с анализом характеристик повреждения и механики воздействия на целевой объект. В числе основных показателей выделяются такие свойства, как прочность, сохранение функциональности, живучесть отдельных компонентов, степень образования осколков и т. д.

Определение уровня угрозы космического мусора

Еще на этапах проектирования орбитальных станций и космических комплексов учитывается возможность столкновения с мусором разного типа. Для расчета оптимальной конструкционной надежности используются данные о конкретной среде, где будет применяться аппарат. При этом неточность экспериментальных и аналитических методов оценки угроз по-прежнему является существенной проблемой. Мусор в космосе можно исследовать только с определенной степенью допущений, что затрудняет задачи конструкторов, которые должны соответствующим образом готовить технику к столкновению на высоких скоростях. Для примерной же оценки угрозы используется понятие общих потоков космического мусора, который потенциально может встретиться на пути движения аппарата. В дальнейшем выводятся данные о плотности потока, скорости, углах атаки и количестве ожидаемых ударов.

Способы снижения угроз от мусора в космосе

Космический аппарат

Относительно низкий уровень мониторинга и определения характеристик космического мусора с его прогнозированием – лишь часть проблем. На современном этапе перед специалистами стоит целый ряд вопросов, связанных с уменьшением рисков негативного воздействия техногенных отходов в космическом пространстве. Сегодня рассматривается два направления решения этой проблемы. Во-первых, это общее сокращение полетов, а также минимизация технологических процессов, влекущих засорение орбит на разных уровнях. Во-вторых, речь может идти о конструкционной оптимизации аппаратов с сокращением частей, которые потенциально могут стать космическим мусором. Отдельное внимание в системах контроля космического пространства сегодня посвящается загрязнению радиоактивными веществами. Это касается минимизации продуктов выхлопа двигателей вплоть до перехода на принципиально новые топливные ресурсы.

Перспективы борьбы с мусором в ближайшем космосе

Активная работа в направлении регуляции космической деятельности на общемировом уровне дает основания для оптимизма при оценке развития ситуации в будущем. Бережное отношение к чистоте орбитальных сред входит в концепции стратегических программ крупнейших государств, которые вносят наибольший вклад в дело борьбы с мусором в космосе. Уборка и увод малых и крупных частиц на орбиты-полигоны является одним из ключевых направлений в очищении космоса от техногенных загрязнений, но пока еще не существует эффективных методов реализации данной концепции. Это технологически сложная задача, поэтому основной упор на текущий момент все же делается на способы оптимизации деятельности человека в космосе.

Заключение

Техногенный космический мусор

Одним из радикальных путей в решении проблем засорения космоса является полное прекращение запусков орбитальных станций и спутников до момента, пока не появятся новые и более доступные средства очистки околоземной среды. Но и это направление утопично ввиду целого ряда экономических и технологических причин. Тем не менее есть предпосылки для изменения ситуации в лучшую сторону. Даже если обратить взор назад на несколько десятков лет, то можно заметить коренные изменения в отношении самого человека к данной проблеме. Так, если при эксплуатации космической станции «Мир» в обычную практику входил прямой выброс продуктов жизнедеятельности экипажа, то сегодня подобное невозможно представить. Вводятся все новые и более жесткие правила, регулирующие процессы нахождения в космическом пространстве. Об этом свидетельствуют и международные конвенции, по которым страны, участвующие в космической деятельности, обязаны придерживаться принципов снижения негативного влияния на экологическую обстановку в околоземной среде.

Источник: fb.ru
Актуально