Космический мусор

Публикации на разные темы ("без рубрики").

NEW РАЗНОЕ

Все свежие публикации

Меню для авторов

РАЗНОЕ: экспорт материалов
Скачать бесплатно! Научная работа на тему Космический мусор. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные ссылки

BIBLIOTEKA.BY Крутые видео из Беларуси HIT.BY - сенсации KAHANNE.COM Футбольная биржа FUT.BY Инстаграм Беларуси
Система Orphus

92 за 24 часа
Публикатор:


АВТОР: А.МИШИНА, Л.РЫХЛОВА, М.СМИРНОВА ("ЭНЕРГИЯ", 2001, №8)

*По материалам ж-ла «Вестник Российской Академии Наук», № 1, 2000 г. А. Микиша, Л. Рыхлова, М. Смирнова «Загрязнение космоса».

Это относительно новое понятие объединяет спутники, летающие в околоземном пространстве и давно исчерпавшие свои энергетические ресурсы, верхние ступени ракет-носителей, различные детали, сопутствующие запуску космических объектов, и многое другое, что уже никогда не принесет никакой пользы человечеству, но может практически вечно продолжать свое движение вокруг нашей планеты. За 43 года космической деятельности в ближний и дальний космос было запущено более 20 тыс. объектов общей массой свыше 3 тыс. т!

...Первый искусственный спутник Земли, как известно, был запущен в 1957 г. Тогда ученые лишь приблизительно знали его орбиту и поэтому действовали следующим образом: каждому «отводился» определенный участок неба, за которым он должен был следить. Все наблюдатели отмечали появление спутника, когда он над ними появлялся. Так устанавливали его орбиту, конечно, с очень низкой точностью.

В последующие годы происходили новые запуски, а к тем объектам, что прекращали посылать сигналы на Землю, интерес пропадал, и вскоре уже никто не знал, по каким орбитам они летают. В 1961 г. произошел первый взрыв ступени ракеты-носителя спутника США серии «Транзит», три года спустя по команде с Земли прекратил существование советский «Космос-50». Все больше становилось рукотворных, но уже никому не нужных предметов на околоземных орбитах. На первых порах эти события не волновали ученых и проектировщиков космической техники и не привлекали внимания общества.

Всерьез проблему загрязнения космоса начали обсуждать только в 80-е годы, когда ситуация в околоземном пространстве стала представлять угрозу для окружающей среды на Земле, для пилотируемой космонавтики и долговременных космических аппаратов и даже для населения планеты. Но пока жителям Земли везло: в 1978 г. «Космос-594» упал в таежные области на севере Канады, годом позже обломки американской космической станции «Скайлэб» рассыпались над пустынными районами Австралии, а в 1964 г. в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии радиоактивные материалы рассеялись над Индийским океаном.

В настоящее время проблема загрязнения околоземного космоса оказалась в фокусе внимания многих международных организаций, в частности, Международного астрономического союза. На протяжении последних лет она обсуждается на ежегодных сессиях комитета ООН по мирному использованию космического пространства и его подкомитетов.

Появления объектов искусственного происхождения астрономы сейчас расценивают как специфический раздел своей науки: промежуточный между метеорной астрономией, которая исследует вещество Солнечной системы вблизи земной атмосферы и в ней самой, и планетной, изучающей вещество за пределами сферы влияния. Земли. Первыми систематическое наблюдение за космическим мусором предприняли военные в СССР и США — их интересовали задачи противоракетной и противокосмической обороны. В обеих странах появились системы контроля околоземного пространства, оснащенные радарами дальнего обнаружения и оптическими средствами. Было зафиксировано и непрерывно отслеживается сейчас чуть более 10 тыс. объектов. Это в основном крупные тела размером более 10 см, из них около 8 тысяч занесены в официальные каталоги. Действующие спутники (примерно 500) составляют незначительную часть.

Раньше всех на антропогенное загрязнение околоземного космоса обратило внимание Национальное космическое агентство США (НАСА), и сегодня его система контроля предоставляет информацию Правительству страны и другим учреждениям, что помогает ей активно развиваться и совершенствоваться, в частности, получать большие оптические телескопы. Например, комплекс наблюдения на острове Мауи (Гавайи) располагает телескопами с диаметром зеркал 1.2 и 1.6 м. В 1999 г. на станции появился телескоп с зеркалом 3.7 м в диаметре. В прошлом году вступила в строй модернизированная станция слежения за космосом. Она изготовлена в виде контейнеров, и ее можно быстро развернуть в нужном месте. Такому оборудованию могут позавидовать профессиональные астрономы.

Телескопы и радары способны «увидеть» объекты размером 10-30 см, которые двигаются на низких орбитах (высоты от 200 до 2000 км). Более крупные — около 1 м — удается обнаружить на геостационарной круговой экваториальной орбите, высотой около 35 800 км.



Схематическое распределение космического мусора в непосред- ственной близости от Земли (по данным Научной корпорации КАМАН, США, 1995). Видны пояса уплотнения космического мусора: один на высотах 850-1200 км над поверхностью Земли, другой на высоте около 38 500 км

Число объектов размером 1-10 см можно оценить лишь статистически, поскольку их не замечают ни телескопы, ни радары — их примерно 70-150 тыс. Количество частиц менее 1 см оценивается в несколько миллионов, а микронного и меньшего размера, а также газовой и пылевой фракции — порядка 1013-1014. Столкновение любого фрагмента величиной более 1 см с действующим спутником опасно — из-за большой кинетической энергии осколка. Вполне реально, что спутник прекратит выполнять свой функции, а возможны и худшие последствия, если на нем находится ядерный реактор.

Чтобы оценить реальный риск столкновения действующих спутников с элементами космического мусора, необходимо учитывать объекты, не попавшие в каталоги, иными словами, знать их пространственное распределение. Существует единственный путь получения подобной информации: моделирование некаталогизированных популяций. Такие модели разработаны в ведущих космических странах: в США, России и Западной Европе.

Наиболее замусорены часто используемые орбиты на высотах 850-1200 км, где движутся многочисленные спутники: метеорологические, для дистанционного зондирования Земли, а также с ядерными энергетическими устройствами. Последние могут существовать сотни лет — до полного исчезновения радиационной опасности. Досрочно они могут разрушиться при соударении с частицей размером меньше 0.1 см, летящей со скоростью пули — 10 км/с.

Засорены также и зоны геостационарных орбит, которые плотно «оккупированы» продукцией космической индустрии — спутниками-стационарами. Сейчас там находится около 800 объектов, и каждый год к ним присоединяется два-три десятка новых станций и множество обломков спутников, разрушившихся по разным причинам. Геостационарные спутники могут подвергнуться также и бомбардировке естественными небесными телами: от микрометеоритов до болидов. Эта проблема сейчас исследуется в Институте астрономии РАН в рамках общей проблемы «Космический мусор» («Spase Debris»).

На высоте ниже 400 км — в области полета пилотируемых аппаратов — также находится большое количество лишних предметов. Но эти аппараты сравнительно недолговечны. Происходит периодическое самоочищение низких орбит за счет трения объектов об атмосферу. Правда, в ряде случаев их обломки падают на поверхность Земли.

До недавнего времени считалось, что на геостационарной орбите подобного механизма самоочищения не существует. Цикл работ Института астрономии РАН в корне изменил это представление. Дело в том, что от переизлученного поверхностью летающего объекта солнечного света возникает реактивная сила и как следствие — давление, которое в свою очередь вызывает изменения параметров орбиты. Начинает действовать механизм самоочищения.

В июле 1996 г. на высоте примерно 660 км произошло столкновение французского спутника с фрагментом третьей ступени французской же ракеты «Ариан», запущенной много раньше. Относительная скорость во время столкновения составляла около 15 км/с, или около 50 000 км/ч. Впервые, почти за 40 лет с начала космической деятельности проблема столкновений стала реальностью!

Специалисты осознали: необходимо создавать службу обнаружения естественных небесных тел и обломков разрушающихся искусственных объектов. Распадаются на фрагменты спутники, находящиеся на орбитах более 20 лет, давно исчерпавшие свои энергетические ресурсы и ставшие космическим мусором. Речь идет о серии «Транзит» NOAA, о «Космосах», верхних ступенях «Востоков». Каждый из них образует разное количество наблюдаемых обломков — от 6 до 50 и более. Некоторые крупные части попадают в каталоги под отдельными номерами.

Загрязнение околоземного космоса растет в связи с увеличением мощи ракет, используемых для запуска. Взрывы вторых ступеней семи ракет «Дельта» (в них осталось топливо и возник перегрев) добавили более 1300 наблюдаемых фрагментов, внесенных в каталоги. В 90-х годах та же причина породила взрывы верхних ступеней ракет «Титан», «Космос», «Протон», «Зенит», «Рокот», «Пегас».

Чтобы оценить, насколько опасен космический мусор на низких орбитах в зоне пилотируемой космонавтики, было реализовано несколько космических проектов. Например, с февраля по апрель 1990 г. на поверхности специальной платформы общей площадью 130 м2, установленной на спутнике, было зафиксировано 35 тыс. ударов различных частиц крупнее 0.5 мм. Анализ показал: кратеры возникли при соударении с частицами искусственного и естественного происхождения. Не реже одного раза в неделю падают на поверхность Земли куски космического мусора, достигающего в сечении 1 м2. К сожалению, точно предсказать время и место их падения пока невозможно.

Исследования последних лет, проведенные в Институте астрономии РАН и НАСА, показали, что более 40% космического мусора на низких околоземных орбитах приходится на долю осколков, образовавшихся в результате взрывов вторых ступеней ракет и спутников. А что происходит с теми объектами, которые двигаются на геостационарных орбитах?

Положение геостационарных «активных», то есть работающих спутников все время корректируется, поэтому они движутся с относительно малыми скоростями — менее 5 м/с. А орбиты «пассивных» спутников начинают эволюционировать по законам небесной механики. Геостационарную орбиту начали осваивать с 1963 г. Уже через год выведенные на нее объекты перешли в разряд пассивных, чьи орбиты начали меняться, и в 90-х годах их плоскости вновь сблизились с геостационарным «маршрутом». В первые десятилетия XXI в. этот процесс станет массовым, что угрожает новыми столкновениями и образованием дополнительных составляющих космического мусора.

Необходимо держать под контролем все спутники и их перемещения на геостационарной орбите. Это возможно осуществить с помощью больших фотографических камер с широким полем зрения. Самая крупная из работающих в Институте астрономии РАН находится в Звенигородской обсерватории. Она способна охватить область около 100° по долготе и обнаружить все геостационарные объекты размером более 1 м.

Наблюдение, каталогизация, моделирование ситуаций на разных высотах околоземного пространства с учетом прохождения Земли через многочисленные метеорные потоки, а также мониторинг наиболее опасных направлений, по которым к планете приближаются естественные космические объекты, — таковы новые проблемы околоземной астрономии.

В ближайшем будущем одной из важнейших задач должен стать контроль за работой действующих аппаратов. Предстоит определять их характеристики, в частности, форму, ориентацию и другие данные, чтобы распознать назначение этих объектов. Кроме того, предстоит разработать механизм контроля за мирным использованием космического пространства.

Для наблюдения за фрагментами космического мусора на геостационарной орбите предложены проекты специализированных спутников и новой аппаратуры для них. Например, на российском геостационарном спутнике связи «Экспресс-2» установлен прибор GORID, созданный в Европейском космическом агентстве, — для исследования мелкого космического мусора и компонентов космической пыли. Сегодня в Институте космических исследований РАН разрабатывается небольшой охлаждаемый телескоп для размещения на геостационарном спутнике. Он поможет обнаружить астероиды, сближающиеся с Землей, а также метеороиды, болиды и «миникометы». Последние появляются в атмосфере Земли десятки раз в минуту.

Огромное количество частиц различного происхождения находится в околоземном пространстве, не может быть и речи об их полном и постоянном отслеживании. Специалисты Института астрономии РАН намечают актуальные направления в изучении околоземного пространства:

совершенствование методики моделирования мелких фрагментов космического мусора;
изучение общих закономерностей процесса миграции вещества в Солнечной системе, источников пополнения семейства объектов, сближающихся с Землей, выявление и каталогизация таких объектов;
проведение наблюдений представительных выборок объектов искусственного и естественного происхождения, уделяя особое внимание исследованию взорвавшихся объектов;
осуществление по фотометрическим данным выборочного контроля за отдельными объектами.
Астрономы первыми заметили очевидные признаки чрезмерной эксплуатации космоса. В 1999 г. международные организации провели симпозиум на тему «Сохранность астрономического неба». Очевидно, что последствия этого процесса затронут и других его «пользователей», а затем и всех людей на Земле.


Опубликовано 30 сентября 2004 года




Нашли ошибку? Выделите её и нажмите CTRL+ENTER!

Публикатор (): maskaev

Искать похожие?

LIBRARY.BY+ЛибмонстрЯндексGoogle

Скачать мультимедию?

Выбор редактора LIBRARY.BY:

подняться наверх ↑

ДАЛЕЕ выбор читателей

Загрузка...
подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ

РАЗНОЕ НА LIBRARY.BY


Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY на Ютубе, в вКонтакте, Одноклассниках и Инстаграме чтобы быстро узнавать о лучших публикациях и важнейших событиях дня.