Содержание
Мы не знаем, как летают спутники и космический мусор: это грозит катастрофой
Елизавета
Приставка
Новостной редактор
Не все правительства и компании делятся информацией о том, какие спутники им принадлежат: из-за этого до сих пор не получается создать единую систему, которая бы отслеживала спутники и космический мусор в космосе. «Хайтек» разбирается, почему эта проблема настолько серьезная.
Читайте «Хайтек» в
В космосе более 35 тыс. спутников и космического мусора, все они летят с огромной скоростью, поэтому могут столкнуться и разрушить все вокруг. Ученые до сих пор не могут отследить эти опасные перемещения.
С запуска первого спутника прошло больше 60 лет. Около 40 стран отправили на орбиту более 10 тыс.
спутников. А вместе с обломками ракет и другим крупным мусором, количество объектов на орбите вырастает до 29 тыс. Число более мелких кусочков может доходить до миллионов. Только SpaceX за последние 2 года запустила около 1 700 спутников для создания сети Starlink. Другие компании также планируют запуск спутников.
Почему важно отслеживать спутники и космический мусор?
По последним оценкам, около 5 тыс. из почти 9 тыс. спутников с истекшим сроком службы остаются на орбите. Неработоспособные устройства превращаются в космический мусор.
Загруженность орбиты растет, это увеличивает шансы на столкновение.
В центр Европейского космического агентства (ЕКА) ежедневно приходят сотни сообщений от операторов спутников с предупреждениями о возможных космических катастрофах. А в мае 2021 года осколок космического мусора пробил крошечную дыру в МКС и повредил манипулятор.
В ближайшие годы запланировано много полетов на низкую околоземную орбиту (НОО) и за ее пределы, поэтому есть опасение, что проблема космического мусора будет только усугубляться и станет серьезной угрозой для любой космической миссии.
Как часто происходят столкновения?
За последние шестьдесят лет в космосе произошло более 500 аварий, взрывов и столкновений. Это привело к нынешней ситуации на Низкой околоземной орбите (НОО): она заполнена космическим мусором.
Он угрожает работающим спутникам, космическим аппаратам и станциям. Сейчас примерно 22 300 из этих объектов регулярно отслеживают, а данные о них заносят в каталог Сети космического наблюдения Министерства обороны США (SSN).
Правда речь идет только о тех объектах, которые достаточно большие, чтобы отследить их с помощью наземного радара.
По оценкам ученых, на орбите находится 34 тыс. объектов диаметром около 10 см, еще 900 тыс. объектов размером от 1 см до 10 см, а также 128 млн объектов размером от 1 мм до 1 см. Но даже самые маленькие частички могут представлять серьезную угрозу, так как их скорость достигает 7 или 8 км/сек.
К чему это может привести?
Но самая большая опасность заключается в том, что может произойти синдром Кесслера.
Термин в 1978 году предложил ученый НАСА Дональд Кесслер. По его словам, когда плотность объектов на Низкой околоземной орбите (НОО) станет достаточно высокой, столкновения могут вызвать каскадный эффект. Когда объекты сталкиваются, они создают другие объекты, еще меньше, а они, в свою очередь, сталкиваются с другими, и так далее.
С каждым столкновением образуется все больше космического мусора, и вероятность дальнейших столкновений возрастает с экспоненциальной скоростью.
Почитать подробнее про эффект Кесслера можно по ссылке.
Что делать с этой проблемой?
В человеческой истории уже была такая ситуация: в начале 20 века был расцвет авиации, поэтому пилотам приходилось летать осторожно, чтобы не столкнуться с другими воздушными судами.
Поэтому авиадиспетчеры создали способ координации полетов, который отслеживал полеты между городами и странами. Система основана на обмене данными о локации самолета.
В космосе предлагают использовать аналогичный сценарий. Каждый оператор спутника должен знать обо всех объектах, которые находятся в космосе. Сейчас самые актуальные данные можно получить на сайте Space-Track.org — его создало космическое командование в США. Но в нем нет части спутников, которые не признали США, Китай и Россия. Поэтому пока что данные разнятся и нет единого каталога, по которому можно было бы ориентироваться.
Организовать такую систему помогут и современные технологии, например, системы поиска и отслеживания местоположения объектов онлайн, а ИИ автоматизирует процесс уклонения от мусора и других объектов.
Нужно создать такую систему в ближайшее время на основе соглашений между всеми странами, которые осваивают космос. Потому что объемы устройств и мусора на орбите могут привести массовым разрушительным катастрофам, из-за которых пострадает сразу много важных спутников.
Читать далее:
Внутри Земли есть еще «планета»: как она спасла зарождающуюся жизнь
Новое исследование опровергает теорию о передаче световой энергии
Ученые добавили в квантовый компьютер кремний: вычисления стали рекордно точными
Главные угрозы космической индустрии
За последнее время космическая индустрия продемонстрировала множество весьма впечатляющих достижений.
Однако в тени этих успехов скрывается целый ряд угроз, которые при некоторых сценариях вполне способны отбросить человечество назад, а то и полностью лишить его доступа к космосу на долгие годы. В этом материале мы поговорим о пяти основных вызовах, которые мешают устойчивому развитию космического сектора.
Космический мусор
На сегодняшний день на околоземной орбите находятся свыше 20 тысяч крупных объектов искусственного происхождения. Лишь пять тысяч из них являются действующими аппаратами. Остальные представляют собой космический мусор — неисправные спутники, отработанные ступени и разгонные блоки, обломки от взорвавшихся аппаратов, столкновений, испытаний противоспутникового оружия, и даже потерянные космонавтами инструменты.
Но наблюдаемые объекты космического мусора являются лишь верхушкой айсберга. По некоторым оценкам, уже сейчас на околоземной орбите находится до миллиона обломков диаметром от 1 до 10 см, и свыше ста миллиона фрагментов диаметром менее 1 см.
Они представляют значительную угрозу для любой техники. С учетом огромный скоростей, даже небольшой обломок может нанести непоправимый ущерб спутнику или космическому кораблю.
Неудивительно, что борьба с космическим мусором постепенно становится приоритетом как для космических агентств, так и частных компаний. Для этого предлагается использовать как меры, направленные на предотвращение появления нового мусора, так и методы, которые позволят свести наиболее опасные фрагменты с орбиты.
Солнечная активность
Сейчас наше Солнце входит в новый цикл активности, что сопровождается увеличением количества вспышек. Большинство из них не представляет прямой опасности для околоземных спутников, которые надежно укрыты магнитным полем нашей планеты. Однако Солнце способно влиять на них по-другому. Дело в том, что рост солнечной активности приводит к «раздуванию» земной атмосферы, что ускоряет сход космических аппаратов с орбиты. В феврале 2022 года мы получили наглядное подтверждением этому, когда солнечный шторм привел к гибели партии свежезапущенных спутников Starlink.
Вспышка на Солнце. Источник: NASA/SDO/AIA.
Активность нашего светила также может создавать угрозы для межпланетных миссий, которые не обладают роскошью в виде защитного зонтика земной магнитосферы. Под особенно большой угрозой находятся люди. Именно поэтому все проекты лунных поселений и марсианских экспедиций предполагают создание специальных противорадиационных убежищ.
Также не стоит забывать и про происходящие раз в несколько столетий супервспышки, наподобие события Кэррингтона 1859 года. Если на пути подобного выброса окажется Земля, он может вывести из строя большую часть спутников в околоземном пространстве. Все это означает, что для устойчивого развития космической инфраструктуры человечество должно тратить больше усилий на изучение Солнца. Увеличение точности прогнозов космической погоды позволит минимизировать ущерб от его активности.
Противоспутниковое оружие
Значительная часть популяции космического мусора — это обломки, оставшиеся в результате использования противоспутникового оружия.
Последний подобный тест был устроен россией в ноябре 2021 года. Безответственно проведенное испытание, породило множество обломков, представляющих угрозу для МКС и других космических аппаратов.
Пуск индийской противоспутниковой ракеты. Источник: Ministry of Defence (GODL-India)
Российский тест также освежил опасения по поводу возникновения синдрома Кесслера — сценария, при котором образовавшиеся обломки начнут сталкиваться между собой и другими спутниками, что приведет к возникновению самоподдерживающейся реакции разрушений. Ее итогом может стать то, что человечество на долгое время лишится возможности запускать что-либо в космос.
Одним из последствий прошлогодних событий стало американское предложение по введению моратория на испытания противоспутникового оружия. На данный момент к нему, помимо США, присоединились Канада, Германия и Япония. Однако, несмотря на всю похвальность этой инициативы, крайне сложно представить, что ее одобрят такие страны как Китай, Иран, или та же россия при нынешней власти.
А это значит, что они по-прежнему будут вести разработки противоспутникового оружия. И рано или поздно, но мы прочитаем новости об очередном испытании или, не дай Бог, использовании по назначению таких средств. Вряд ли стоит объяснять, какие серьезные последствия это будет иметь для дальнейшего освоения космоса.
Космическое противостояние
Противоспутниковое оружие является лишь частью более масштабной проблемы, которую можно описать, как новое космическое противостояние. Как правило, его сводят к США и Китаю, но это не совсем корректно. По мере упрощения доступа к космосу, все больше держав приступают к реализации своих космических проектов, и часть из них прямо направлена против других стран.
Космическое противостояние не обязательно выражается в прямой гонке вооружений. В ход идет все — громкие обвинения сторон в засорении космического пространства и небезопасных экспериментах, судебные иски, пропаганда, споры по поводу права на использование определенных орбит и частот.
А когда США и Китай приступят к реализации своих лунных планов, не исключено, что мы станем свидетелями соревнования с целью «застолбить» наилучшие участки на южном полюсе Луны.
Дальнейшая эскалация этих процессов не может не навредить космической индустрии. В условиях, когда космическая холодная война способна перерасти в горячую, компаниям придется провести переоценку рисков, что может негативно сказаться на ходе реализации различных инициатив.
Устаревшее законодательство
В 1967 году США, Великобритания и СССР подписали Договор о космосе. Этот документ сыграл важную роль в установлении базовых основ международного космического права. К большому сожалению, он так и остался единственным в своем роде. Например, заключенное в 1979 году Соглашение о Луне так и не было подписано ни одной из ведущих космических держав.
Подписание Договора о космосе. Источник: UN
А ведь с тех пор ситуация в космосе претерпела ряд коренных изменений. Наиболее очевидным из них стало появление множества частных компаний, которые обладают теми же возможностями (а иногда и превосходят их), что и государства.
Договор о космосе 1967 года в принципе не упоминает этот вопрос, что впрочем и неудивительно — 55 лет назад частные космические компании существовали исключительно в фантастике. Также абсолютно неурегулированы вопросы добычи полезных ископаемых и территориальной принадлежности поселений на других небесных телах.
За последние годы были предприняты некоторые попытки урегулировать эти вопросы. Так США законодательно разрешили своим компаниям вести добычу полезных ископаемых в космосе. Другой американской инициативой стали Соглашения Артемиды, устанавливающее принципы сотрудничества и гражданской деятельности по исследованию и использованию Луны, Марса и других небесных тел. На данный момент его одобрили свыше двух десятков стран, включая практически все ведущие западные державы.
Страны-участницы Соглашения Артемиды. Источник: NASA
Но опять же, крайне маловероятно, что Китай или даже Индия, захотят присоединяться к инициативе (что уж говорить про россию). А отсутствие единых «правил игры» заметно увеличивает риски будущих столкновений при дележке участков на той же Луне или добычи полезных ископаемых.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
обломков — Реалистичны ли изображения земного космического мусора?
спросил
Изменено
1 год, 2 месяца назад
Просмотрено
8к раз
$\begingroup$
Каждый раз, когда я смотрю на картинку, показывающую количество космического мусора, я поражаюсь. Я не могу представить себе, как что-то еще, запускаемое на орбиту, на самом деле делает это, не задев ничего другого. В качестве примера на этой картинке https://www.nationalgeographic.com/science/article/space-junk написано: «Поле обломков, показанное на изображении выше, является впечатлением художника, основанным на реальных данных».
Реальные данные! Действительно? Я что-то упускаю?
Спасибо
- обломки
- земля
- околоземный объект
$\endgroup$
7
$\begingroup$
Нет, это совершенно нереально.
Земля очень велика по меркам того, с чем вы имеете дело в повседневной жизни — около 13 миллионов метров в диаметре.
Диаметр спутников обычно составляет всего несколько метров, а дополнительные фрагменты мусора могут быть намного меньше.
Здесь художник изображает спутники размером в сотни тысяч метров.
Существует лот обломков, и это реальная проблема, но иллюстрация вводит в заблуждение и способствует распространенному неправильному пониманию того, насколько велика Земля.
(Помню, как в детстве рисовал весь мир. Он состоял из круга с 20 или 30 прямоугольниками по периметру.
Прямоугольники представляли подъезды ко всем домам; мое понимание мира было домами на улица, на которой я жил. Видимо, понимание некоторых людей не продвинулось дальше этого.)
$\endgroup$
2
$\begingroup$
«Фактические данные» заключаются в том, что для каждой из их точек, вероятно, есть реальный фрагмент обломков, сочетание спутников/тел ракет и т. д., вероятно, в целом правильное, и так далее.
Тем не менее, изображение также помечено «размер обломков преувеличен по сравнению с Землей» .
Если вы посмотрите на эти «спутники», то увидите, что каждый из них имеет размер в несколько сотен километров в поперечнике. В действительности они составляют несколько метров — тут огромная нестыковка размеров. Космос намного пустее, чем здесь предлагается.
$\endgroup$
0
$\begingroup$
Мы не можем изобразить космический мусор в масштабе.
Ни человеческое зрение, ни современные технологии обработки изображений не могут сделать так, чтобы Земля и любой созданный человеком объект на орбите были видимы в одном и том же масштабе, не уменьшая размер маленького объекта до субпиксельного размера.
Космический мусор не одинок в этом ограничении. Можно открыть, например. FlightRadar24, например. Европа на весь экран и увидеть самолет значков почти покрывают густонаселенные страны и накладываются друг на друга вокруг крупных аэропортов. На самом деле в том же масштабе самолеты намного меньше пикселя, поэтому мы используем значки.
Точки космического мусора вокруг Земли на этих впечатляющих снимках — именно значки. Они представляют положение каждого объекта, но никоим образом не его способность сталкиваться с чем-то другим.
До сих пор у нас есть история только 2 случаев непреднамеренного столкновения между искусственными космическими объектами — даже если низкие орбиты имеют период ~1 час.
п.с. даже , предназначенный для , и запланированное рандеву в космосе сложны.
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Крупнейшим космическим объектом человека в космосе является Международная космическая станция, самый большой размер которой составляет около 100 метров.
Давайте изобразим это как пиксель 2×2 на очень хорошем дисплее (400 пикселей на дюйм, как в iPhone).
Реальный размер — на дисплее — примерно 0,1 на 0,1 миллиметра
МКС «летает» примерно на 400 км — это в 4000 раз больше размера МКС, поэтому на вашем дисплее с высоким значением ppi Земля (земля) будет начинаться с 40 см или примерно 16 дюймов.
Поскольку диаметр Земли составляет 12 800 000 метров (в 128 000 раз больше, чем у МКС), ее видимый размер составит 12 800 мм или почти 13 метров.
Продолжаем веселиться. Геостационарные спутники вращаются на высоте 36 000 км — если вы хотите изобразить всю их орбиту, это 72 миллиона метров, или 720 тысяч раз больше размера МКС, или 72 метра дисплеев iPhone.
Поставив айфоны впритык (примерно 70х140 мм), вам понадобится около полумиллиона штук, чтобы создать нужную поверхность.
И при 50 метрах на пиксель, если предположить, что вы не рисуете что-либо больше половины пикселя (25 метров), вы не увидите почти ничего другого — даже могучий Сатурн V (который доставил людей на Луну) вторая ступень немного короче 25 метров.
Между тем, космический шаттл (весь комплекс) имел длину более 50 метров, а длина орбитального аппарата (сам шаттл) — 37 метров (субпиксельный размер).
Итак, полмиллиона дисплеев iPhone только для того, чтобы показать космический челнок где-то в виде пикселя.
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Википедия дает следующую оценку общего количества объектов космического мусора:
По состоянию на январь 2019 г. более 128 миллионов фрагментов мусора размером менее 1 см (0,4 дюйма), около 900 000 фрагментов мусора размером 1–10 см и около 34 000 фрагментов размером более 10 см (3,9 дюйма).
в) по оценкам находились на орбите вокруг Земли
в) по оценкам находились на орбите вокруг ЗемлиДавайте возьмем верхнюю границу этих чисел и предположим, что у нас есть 1b объектов размером 1 см², 1 м объектов размером 100 см² и 100 тыс. объектов размером 1000 см². Подставляя числа в WolframAlpha, мы получаем общую площадь (0,1 км² + 0,01 км² + 0,01 км² = 0,12 км²) объектов в космосе. Давайте округлим это число до 1 км², если предположить, что текущие оценки могут отличаться в один раз.
Теперь… общая площадь Земли 510 067 420 км2 (космическая орбита немного больше по площади, но ненамного). Таким образом, общая доля орбиты, занятой космическим мусором, составляет не более 1 из 510 миллионов. Математика становится немного сложнее, если у вас есть спутник на орбите, поскольку с годами количество столкновений с обломками начинает накапливаться, но в целом этот рендеринг вводит в заблуждение. Это сравнимо с иллюстрациями большого тихоокеанского мусорного пятна — так люди думают, что оно выглядит, но реальность гораздо менее драматична.
$\endgroup$
1
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Обязательно, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Новые изображения космического мусора позволяют ученым предотвращать космические столкновения
Ученые в США разработали новый метод получения изображений космического мусора, который может помочь космическим агентствам предотвратить будущие столкновения отходов, спутников и ракет.
По данным НАСА, в настоящее время в диапазоне высот от 200 до 2000 километров над поверхностью Земли, известном как низкая околоземная орбита (НОО), находятся миллионы фрагментов космического мусора. Большая часть отходов состоит из объектов, созданных людьми, таких как обломки старых космических кораблей или вышедших из строя спутников. Этот космический мусор может развивать скорость до 18 000 миль в час, представляя серьезную опасность для 2612 спутников, которые в настоящее время работают на НОО. Без съемки космического мусора и разработки эффективных инструментов для его отслеживания части НОО могут даже стать слишком опасными для спутников.
В статье, опубликованной сегодня в журнале SIAM Journal on Imaging Sciences , американские исследователи представляют новый метод получения изображений с высоким разрешением быстро движущихся и вращающихся объектов в космосе, таких как спутники или мусор на НОО. Они создали процесс визуализации, который сначала использует новый алгоритм для оценки скорости и угла, под которым вращается объект в космосе, а затем применяет эти оценки для создания изображения цели с высоким разрешением.
Группа, в которую входят Матан Лейбович (Нью-Йоркский университет), Джордж Папаниколау (Стэнфордский университет) и Хрисула Цогка (Калифорнийский университет, Мерсед), использовала теоретическую модель системы космической съемки для построения и тестирования своего процесса обработки изображений. Модель изображает кусок быстро движущегося мусора в виде скопления очень маленьких объектов с высокой отражающей способностью, которые представляют собой сильно отражающие края объекта на орбите, например солнечные панели на спутнике.
Модель фокусируется на источниках, излучающих излучение в X-диапазоне или на частотах от восьми до 12 гигагерц. Цогка объяснил: «Хорошо известно, что разрешение можно улучшить, используя более высокие частоты, такие как X-диапазон. Однако более высокие частоты также приводят к искажению изображения из-за колебаний окружающей среды из-за атмосферных воздействий». Сигналы искажаются турбулентным воздухом по мере их прохождения от цели к приемникам, что может затруднить визуализацию объектов на НОО. Таким образом, первым шагом в процессе создания изображений авторами было сопоставление данных, полученных на разных приемниках, что может помочь уменьшить влияние этих искажений.
Создание более четкого изображения космического мусора
При нормальных условиях съемки размер физической апертуры определяет разрешение получаемого изображения — чем больше апертура, тем более четкое изображение. Однако быстрое перемещение цели формирования изображения относительно приемников может создать обратную синтетическую апертуру, в которой когерентно синтезируются сигналы, которые были обнаружены несколькими приемниками, когда цель перемещалась по всему их полю зрения.