Содержание
Космический мусор: вокруг Земли летают тысячи опасных объектов | Статьи
В пятницу, 1 марта 2019 года, первые шесть британских спутников системы глобального интернета OneWeb были успешно выведены на расчетную орбиту при помощи российской ракеты «Союз» с разгонным блоком «Фрегат», запущенной с космодрома Европейского космического агентства Куру во французской Гвиане. Всего же предполагается создать группировку из более чем 700 космических аппаратов. Это достаточно много — ведь по состоянию на лето 2018 года, всего вокруг Земли летал 1071 только рабочих спутников, без учета «орбитальных мертвецов». А тут сразу 700 дополнительных. «Известия» выясняли, не приведет ли это к замусориванию космического пространства и не усилит ли опасность столкновения на околоземной орбите.
Современная ситуация
Вокруг нашей планеты, на орбите находится огромное количество частиц космических аппаратов и ступеней ракет. Уже сейчас они представляют угрозу для орбитальных станций. Например, в мае 2016 года очень маленький осколок, размером всего в десятые или даже сотые доли миллиметра, оставил на стекле Международной космической станции скол диаметром около семи мм.
Международная космическая станция
Фото: NASA
Всему виной огромная скорость Международной космической станции, преодолевающей на орбите более 7,7 км в секунду. На таких скоростях при столкновении опасны объекты практически любого размера.
Если МКС столкнется с всего лишь с 10-сантиметровым фрагментом мусора, это уже, скорее всего, станет фатальным для международной орбитальной программы.
Сколько же уже осколков различного размера находится на низкой околоземной орбите? По расчетам Европейского космического агентства, более 29 000 частиц более 10 см. Каждая из них при столкновении гарантированно уничтожит любой космический аппарат или орбитальную станцию. Практически все такие куски мусора учитываются, и за ними ведется самое пристальное наблюдение с Земли. Кстати, в эту категорию вошли и отработавшие свое спутники и ступени ракет-носителей, использованных при выводе космических аппаратов.
К слову, советский первый спутник ПС-1 сошел с орбиты и сгорел в плотных слоях атмосферы уже спустя 92 дня после запуска.
Первый американский спутник «Эксплорер», запущенный спустя несколько месяцев, провисел на орбите до 1970 года. А вот американский спутник «Авангард-1», начавший работу в марте 1958 года, до сих пор находится в космосе за счет своей высокой эллиптической орбиты (от 650 до 3800 км от Земли). По подсчетам ученых, он будет находиться там еще несколько сотен или даже тысяч лет. Вполне возможно, одной из первых миссий по очистке земной орбиты станет попытка забрать «Авангард-1» с орбиты и доставить его в музей.
Частиц от одного до 10 см гораздо больше. Европейские ученые оценивают их количество примерно в 670 000 единиц. Звучит ужасно, но на самом деле всё не так и плохо. Если все эти куски мусора равномерно распределить по поверхности Земли, то получится, что на один кусок придется примерно 76 кв. км площади. Соответственно в Москве, в пределах МКАД, будет лежать 11–12 кусочков размерами от одного до 10 см. А космос гораздо больше.
Фото: Depositphotos
Следить за частицами такого размера с Земли пока нереально — нет требуемых технологий и сил.
Но каждая из них при столкновении способна разрушить спутник и нанести очень серьезные повреждения Международной космической станции.
Но кроме таких больших частиц, есть и гораздо меньшие, но от того не менее опасные. Частиц размером от 1 мм до 1 см более 17 миллионов, и все они имеют искусственное происхождение. Такие частицы могут при неудачном столкновении вырубить космический аппарат и даже пробить противометеоритную защиту орбитальной станции. Пробоину можно будет заделать, но это всё еще очень и очень опасно.
Чей мусор
Одним из наиболее серьезных загрязнений околоземной орбиты стал американский проект «Вестфорд». В 1961–1963 годах при помощи трех ракет-носителей на орбиту были выведены 480 000 000 медных иголок. Американские военные предполагали создать искусственную ионосферу вокруг нашей планеты, чтобы обеспечить большую надежность для систем военной связи. Причем первые два запуска окончились неудачно, и лишь с третьего раза военным удалось «засеять» на орбите нашей планеты почти полмиллиарда небольших проволочных кусочков.
Проволочные иголочки были очень тонкими, они имели в длину всего 1,78 см при толщине около 20 мкм. На изготовление полумиллиарда таких проволочек потребовалось всего около 20 кг меди. В результате третьего, успешного запуска вокруг Земли на высоте 3500 км было образовано кольцо, своеобразный «бублик» толщиной около 30 км.
Объект из музея проекта «Вестфорд»
Фото: commons.wikimedia.org/Edmund.huber
Каждая проволочка в этом «бублике» работала как дипольная антенна. Уже на четвертый день после запуска американские военные провели сеанс связи между военными базами в Калифорнии и Массачусетсе. Космическая искусственная ионосфера обеспечивала прием и передачу данных на скорости около 20 килобит в секунду, что примерно равно мощности модема в 1990-х годах.
Однако уже спустя несколько недель иголочки стали разлетаться друг от друга, и качество связи стало падать. Во многом из-за этого от проекта отказались и закрыли. По словам военных, большинство правильно направленных кусков проволоки в течение 10 лет вернулись на Землю и сгорели в плотных слоях атмосферы.
Однако точных данных, сколько вернулось, а сколько остается на орбите, нет.
Таким образом человечество устроило одно из самых серьезных загрязнений орбитального пространства. К счастью, большинство из них сбились в отдельные скопления, за которыми ведется наблюдение с Земли. В настоящее время насчитывается 46 таких скоплений, но технологий, чтобы убрать их с орбиты, тоже пока нет.
Стоит отметить, что американцам удалось убедить много стран в безопасности этого проекта. Советский Союз выступал против, но сделать было уже ничего нельзя.
Всё больше и больше
Американский эксперимент хотя бы был единичным случаем. А вот космические аппараты человечество продолжает запускать с завидной регулярностью, причем в последние годы количество спутников начало стремительно увеличиваться, хоть их размеры и уменьшились. Хуже всего, что запуски производятся в достаточно узких рамках нескольких удобных человечеству орбит. Поэтому космические аппараты сосредоточены в относительно небольших частях пространства.
«Космос-2251» — российский военный спутник связи типа «Стрела-2М», который вышел из управления и 10 февраля 2009 года столкнулся с рабочим американским спутником Iridium-33
Фото: commons.wikimedia.org/Rlandmann
В 1978 году научный консультант NASA Дональд Кесслер, глядя на стремительно увеличивающееся количество космических аппаратов на орбите, сделал один очень неприятный для человечества прогноз. Он предположил, что в какой-то момент спутников на орбите станет так много, что начнут случаться неконтролируемые столкновения, которые приведут к эффекту домино. Что он имел в виду? За счет огромных скоростей спутники на орбите при столкновении образуют огромное количество осколков, разлетающихся в разные стороны. При этом часть этих осколков может найти себе следующую «жертву» и… дальше, дальше, дальше, дальше.
И да, первое столкновение на орбите уже случилось в 2009 году. Главным действующим лицом стал «Космос-2251» — российский военный спутник связи типа «Стрела-2М».
Он был запущен в 1993 году и проработал на орбите всего пару лет. Затем его система маневрирования вышла из строя, военные попереживали, но ничего не смогли поделать, списали его и забыли.
А спутник полетел дальше по космосу искать себе друзей. И 10 февраля 2009 года, на высоте около 790 км над уровнем моря, он встретился с рабочим американским спутником Iridium-33 (на Западе бытует версия, что «Космос-2251» был вполне рабочим боевым аппаратом, но применение противоспутникового оружия в 2009 году кажется маловероятным. — Прим. ред.).
Результатом такой встречи стали примерно 600 осколков размером более пяти сантиметров и несколько тысяч более мелких. Предсказанного Кесслером эффекта домино, к счастью, не произошло — очевидно, спутников на орбите для такого процесса всё еще недостаточно. Однако образовавшееся облако осколков повышает шансы на повторение ситуации. И чем дальше, тем больше будет подобных столкновений, просто по закону больших чисел.
Спутники постепенно выходят из строя (всего на орбите более 2000 нерабочих аппаратов), их никто не убирает, и уже недалек тот час, когда всё происходящее станет просто огромной проблемой для всей мировой космонавтики.
Фото: NASA
Компьютерная модель распределения космических объектов в космосе, согласно описанию NASA 95 % из них являются мусором
Глубокая обеспокоенность
Понятно, что данная ситуация беспокоит практически все занимающиеся запусками космических аппаратов страны. На конференциях и круглых столах, посвященных проблемам мировой космонавтики, эта тема всплывает постоянно. Но вот тратить серьезные деньги на решение проблемы пока никто не собирается. Именно поэтому большинство современных проектов по созданию космических аппаратов для орбитальной уборки либо так и находятся на стадии проектов, либо тянут не более чем на студенческие разработки. Увы, но на деле пока ни одна мировая держава не начала всерьез бороться с проблемой орбитального мусора.
А кто же из стран внес наибольший вклад в замусоривание орбиты Земли? На первом месте по количеству космического мусора находятся США. Совсем немного от них отстает Россия (3961 против 3999 крупных объектов), но по общему количеству объектов на земной орбите (с учетом ступеней ракет и действующих спутников) Россия удерживает первое место (6515 у России и 6211 у США).
На третьем месте по количеству мусора находится Китай (3475 объектов).
Максимум, что было сделано, — организовано наблюдение за космическими аппаратами и серьезными кусками мусора на орбите.
У каждой страны ведется свой каталог, учитывающий наиболее заметные проблемы загрязнения. Например, есть российский каталог АСПОС ОКП (автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве), ведущийся главным информационно-аналитическим центром ЦНИИМаш. По состоянию на 2014 год в нем содержалась информация уже о более чем 15,8 тыс. единиц объектов космического мусора. Также наблюдения за мусором на орбите ведут и Соединенные Штаты Америки.
Модель аппарата CleanSpace One
Фото: EPFL
А что же с очисткой орбиты? Какие космические аппараты уже готовы к уборке? Пока никакие. Ближе всего, как это ни странно, к запуску своего космического уборщика Швейцария. Казалось бы, у этой страны всего один спутник на орбите, да и тот уже не работает.
Но, как сказал швейцарский премьер-министр, «Швейцария очень любит чистоту». А потому уже в ближайшее время должен быть запущен на орбиту аппарат ClеanSpace One, основной задачей которого станет уборка швейцарского неработающего спутника.
К сожалению, аппарат одноразовый, а потому на ситуацию с мусором существенного влияния это не окажет.
У США есть достаточное количество идей и разработок для уборки космического мусора, но пока ни одна из них не превратилась в реальный космический аппарат. Среди вариантов и идей есть, например, специальная мелкоячеистая сеть, накидываемая на скопления космического мусора, чтобы затем направить его в сторону Земли. Иногда достаточно просто двинуть объект по направлению к поверхности планеты, а дальше всё дело сделает сила притяжения.
Есть вариант уборки мусора с орбиты при помощи лазера. Предполагается, что лазерный импульс, испаряя часть объекта, заставит его сдвинуться с места, что сильно уменьшит общее время пребывания мусора на орбите.
Этот проект называется Laser Broom («Лазерная метла»), но и он в настоящее время не ушел дальше разработок.
Совсем недавно, в феврале 2019 года, британский зонд RemoveDebris впервые провел испытания орбитального гарпуна. Находясь на орбите, зонд успешно выстрелил гарпуном в мишень (впрочем, не найденную там же в космосе, а привезенную «с собой» и вынесенную на штанге на 1,5 м), пробил обломок, а затем смог его притянуть с помощью троса. Затем аппарат отправится потихоньку к Земле, а затем сгорит в плотных слоях атмосферы. Это, конечно, тоже серьезное продвижение вперед, но до настоящей уборки на орбите еще очень и очень далеко. Пока человечество радуют такие одиночные успехи, огромное количество обломков продолжает висеть в космосе.
Так что же со спутниками OneWeb, сильно ли они загрязнят орбиту? На самом деле не очень.
По сравнению с той проблемой, что в настоящее время уже «висит» над нашими головами, еще 700 спутников, тем более с достаточно длительным сроком активной службы, погоды не сделают. Более того, такой массовый вывод космических аппаратов — это скорее показатель технических возможностей современной космонавтики, а значит, и вывода будущих «космических уборщиков».
Пока же мы можем следить за выводом всё новых спутников и ждать, когда же вся планета будет покрыта доступом в сеть интернет. Осталось совсем недолго, а мусор, даже космический, пока подождет.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Как утилизировать космический мусор? | AKM.RU
Экология России 12 апреля 2022 17:30
Что такое космический мусор?
Космический мусор не однороден. Он включает в себя разные нефункциональные объекты – части ракет, вышедшие из строя спутники, фрагменты от орбитальных столкновений, выброшенные во время миссий предметы.
И с каждым годом их количество растет. На орбите находится более 128 миллионов фрагментов так называемого «неотслеживаемого мусора» размером менее 1 см, около 900 000 фрагментов мусора размером 1–10 см, а также около 30 000 объектов размером с крупный грейпфрут и более. Они движутся со скоростью 29 000 км/ч. На такой скорости любой из этих объектов способен полностью уничтожить космический корабль. Это одна из причин, которая вызывает серьезное беспокойство. Чем выше высота, тем дольше орбитальный мусор остается на околоземной орбите. Обломки, оставленные на орбитах ниже 600 км, обычно падают на Землю в течение нескольких лет, на высоте более 1000 км мусор будет вращаться вокруг Земли в течение столетия или более.
Спутники как основной загрязнитель космоса
В настоящее время десятки тысяч новых спутников отправляются в космос. Логично, что отношение к спутниковым операторам в последнее время меняется. Они стали важным компонентом космической экосистемы, они должны быть более ответственными за переполненность космического пространства.
С другой стороны, они как никто другой должны быть заинтересованы в уменьшении количества мусора, ведь их продукт все чаще становится жертвой столкновений с несущимися на скорости обломками. Это вынуждает производителей внедрять в свои спутники технологии маневренности и спуска с орбиты. В последнее время появляются стартапы, которые позволяют с помощью наземной космической картографии отслеживать обломки и продавать эти услуги спутниковым операторам. Возможно, что в будущем эти данные будут основанием для предъявления ущерба, а выписать штрафы станет организация под названием «Космоснадзор».
Какие варианты утилизации космического мусора
Смерть от кремации
Одним из способов утилизации отслуживших свой век спутников является кремация. Их намеренно сжигают в атмосфере Земли. Однако это технология применима только к небольшим спутникам, имеющим низкие орбиты. Более крупные спутники могут полностью не сгореть в атмосфере, и это создаст дополнительные экологические и разрушительные проблемы в случае их столкновения с поверхностью планеты.
Орбитальные кладбища
Если спутник нельзя отправить на огненную смерть в атмосферу, его владельцы могут отослать его на так называемые орбитальные кладбища. Старый спутник, у которого еще осталось топливо, можно перепрограммировать на дальнюю орбиту, которая находится в 36 000 километрах от Земли, и там он вряд ли помешает активным спутникам. Примером спутника, получившим упокоение на орбитальном кладбище, стал российский спутник связи «Экспресс-АМ11». Он столкнулся с космическим мусором и был отправлен в вечный полет в 2006 году.
Сбивание спутников ракетами
Старый спутник также можно сбить ракетой, чтобы он взорвался в космосе. Так поступили со своим спутником-шпионом «USA 193» США в 2008 году, Военные сбили его ракетой, когда стало ясно, что спутник падает на Землю с полным баком токсичного топлива. Такой способ утилизации тоже не совершенен: он также может стать космическим мусором, разлетевшимся по орбите.
Мусорная реформа в космосе
На данный момент у космической отрасли и ее заинтересованных сторон есть два варианта. Они могут либо создать структуру, способную решить проблему космического мусора, либо продолжать двигаться по нынешнему пути с небольшим регулирующим надзором и еще меньшими требованиями к устойчивому использованию космоса.
Глядя на историю космического мусора, можно с уверенностью предположить, что, если ничего не изменится, то количество мусора будет продолжать расти, особенно на более загруженных околоземных орбитах.
В авиации есть поговорка: «Правила пишутся кровью». Подразумевается, что правила часто основаны на уроках, извлеченных из событий, которые стоили значительного ущерба для имущества или жизни людей. Еще одно крупное столкновение может заставить международное космическое сообщество прийти к более жестким правилам в отношении частной космической отрасли, которая игнорирует устойчивый подход.
И, конечно, очевидно, что все способы для решения проблемы космического мусора должны быть совместными международными усилиями.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
Космический мусор | Факты, удаление и примеры
космический мусор
Все СМИ
- Похожие темы:
- Земля
планета
Просмотреть весь связанный контент →
космический мусор , также называемый космическим мусором , искусственный материал, который находится на орбите Земли, но больше не функционирует. Этот материал может быть размером с выброшенную ступень ракеты или размером с микроскопический кусочек краски. Большая часть мусора находится на низкой околоземной орбите в пределах 2000 км (1200 миль) от поверхности Земли, хотя некоторые обломки можно найти на геостационарной орбите на высоте 35 786 км (22 236 миль) над экватором. По состоянию на 2021 год Сеть космического наблюдения США отслеживала более 15 000 фрагментов космического мусора размером более 10 см (4 дюйма). По оценкам, существует около 200 000 кусочков размером от 1 до 10 см (от 0,4 до 4 дюймов) в поперечнике и могут быть миллионы кусочков меньше 1 см. Сколько времени требуется куску космического мусора, чтобы упасть обратно на Землю, зависит от его высоты. Объекты ниже 600 км (375 миль) обращаются по орбите за несколько лет до повторного входа в атмосферу Земли. Объекты выше 1000 км (600 миль) будут вращаться по орбите в течение столетий.
Из-за высоких скоростей, с которыми объекты вращаются вокруг Земли (до 8 км [5 миль] в секунду), столкновение даже с небольшим куском космического мусора может повредить космический корабль. Например, окна космических челноков часто приходилось заменять из-за повреждений от столкновений с обломками размером менее 1 мм (0,04 дюйма). (На орбите космический шаттл летел хвостом вперед, чтобы защитить передний отсек экипажа.
)
Викторина «Британника»
Космос: правда или вымысел?
Марс и Млечный Путь больше, чем просто шоколадные батончики! Узнайте, насколько больше вы знаете о космосе, с помощью этого теста.
Узнайте, как спутники могут быть уничтожены космическим мусором размером с мошеннический винт
Посмотреть все видео к этой статье
Количество мусора в космосе угрожает как пилотируемым, так и беспилотным космическим полетам. Риск катастрофического столкновения космического корабля «Шаттл» с куском космического мусора составлял 1 к 300. (Для полетов на космический телескоп «Хаббл» с его более высокой и заполненной обломками орбитой риск составлял 1 к 185). вероятность столкновения известного обломка с Международной космической станцией (МКС) составляет более 1 из 100 000, астронавты выполняют маневр уклонения от обломков, при котором орбита МКС поднимается, чтобы избежать столкновения. В особо опасных случаях, например, в ноябре 2021 года, когда МКС прошла сквозь облако обломков российского противоспутникового испытания, космонавты закрывают люки станции и укрываются в своих космических кораблях.
24 июля 1996 года при первом столкновении работающего спутника с куском космического мусора фрагмент верхней ступени европейской ракеты Ariane столкнулся с французским микроспутником Cerise. Cerise был поврежден, но продолжал функционировать. Первое столкновение, уничтожившее действующий спутник, произошло 10 февраля 2009 года, когда спутник связи Iridium 33, принадлежащий американской компании Motorola, столкнулся с неактивным российским спутником связи Cosmos 2251 примерно в 760 км (470 миль) над северной широтой. Сибирь, разбив оба спутника.
Самое страшное событие с космическим мусором произошло 11 января 2007 года, когда китайские военные уничтожили метеоспутник Fengyun-1C при испытании противоспутниковой системы, создав более 3000 фрагментов, или более 20 процентов всего космического пространства. обломки. В течение двух лет эти фрагменты распространились с первоначальной орбиты Fengyun-1C, сформировав облако обломков, которое полностью окружило Землю и не попадет в атмосферу в течение десятилетий.
22 января 2013 года российский спутник лазерной локации БЛИТС (Шаровая линза в космосе) испытал внезапное изменение своей орбиты и вращения, из-за чего ученые отказались от миссии. Считалось, что причиной стало столкновение с обломком Fengyun-1C. Фрагменты Fengyun-1C, Iridium 33 и Cosmos 2251 составляют около половины всего мусора на высоте менее 1000 км (620 миль).
С увеличением количества космического мусора и появлением мегасозвездий из тысяч спутников есть опасения, что столкновения, подобные столкновению между Иридиум 33 и Космос 2251, могут вызвать цепную реакцию (названную синдромом Кесслера в честь американского ученого Дональда Кесслера), в результате чего космический мусор уничтожит другие спутники и так далее, а низкая околоземная орбита в конечном итоге станет непригодной для использования. Чтобы предотвратить такое накопление мусора, космические агентства начали предпринимать шаги по смягчению проблемы, например, сжигать все топливо в ступени ракеты, чтобы она не взорвалась позже, или экономить достаточно топлива для вывода спутника с орбиты в конце его миссии.
Британский спутник RemoveDEBRIS, запущенный в 2018 году и развернутый с МКС, опробовал две разные технологии удаления космического мусора: захват сачком и захват гарпуном. RemoveDEBRIS также попытался протестировать драг-парус, чтобы замедлить спутник, чтобы он мог снова войти в атмосферу, но парус не раскрылся. Спутники на геостационарной орбите, которые подходят к концу своей миссии, иногда переводят на «кладбищную» орбиту на 300 км (200 миль) выше, а в январе 2022 года китайский спутник «Шицзянь-21» вытащил несуществующий «Бэйдоу-2 G2» далеко за пределы обычного орбиту кладбища на новую орбиту на 3000 км (2000 миль) выше пояса геостационарных спутников.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас
Эрик Грегерсен
Космический мусор 101 | The Aerospace Corporation
Астронавты рискуют попасть под космический мусор? Что НАСА может с этим сделать?
Астронавты подвергаются риску на Международной космической станции и во время выхода в открытый космос.
Их костюмы могут защитить их от чрезвычайно мелких частиц, а на большей части МКС есть щиты, защищающие их от объектов размером до одного сантиметра в диаметре. Чтобы защитить их от более крупных объектов, космическая станция должна уйти с пути, или астронавты могут использовать вспомогательный космический корабль «Союз» в качестве «спасательной шлюпки».
Воздействие на щитки кнута. Изображение предоставлено: НАСА
Можем ли мы защитить МКС и другие спутники?
Щиты Уиппла используются на МКС. Большинство экранов МКС защищают от частиц размером примерно до 3 мм. Щит Уиппла представляет собой многослойный щит, спроектированный таким образом, что первый слой разрушает ударяющий объект; второй слой разбивает эти фрагменты на более мелкие объекты и так далее, пока фрагменты не станут слишком маленькими, чтобы проникнуть в последний слой. Сложность заключается в том, что для защиты от более крупных объектов щиты должны быть больше, и в конечном итоге они становятся слишком тяжелыми для запуска и должны располагаться слишком далеко друг от друга.
Это одна из причин того, что щиты на МКС не защищают ее от всего, что нельзя отследить.
Чем опасен человек на земле?
Общий риск для человека от повторного входа в мусор чрезвычайно мал по сравнению с другими опасностями, с которыми мы сталкиваемся ежедневно. По оценкам, вероятность того, что конкретный человек будет ранен в результате падения космического мусора, составляет менее одного триллиона. Для сравнения, риск быть пораженным молнией составляет один на 1,4 миллиона, а риск того, что кто-то в США погибнет во время урагана, составляет примерно один на шесть миллионов.
Что такое облака мусора?
Когда космический объект распадается или взрывается, каждый из его фрагментов летит по своей собственной независимой орбите. Эти орбиты математически связаны друг с другом, и мы можем анализировать их вместе как «облако». Облака космического мусора совсем не похожи на облака в небе или на чернильное облако в стакане с водой.
Поскольку нет воздуха или другой среды, в которой висит облако, оно растет и меняет форму исключительно на основе законов орбитального движения. В компьютерной графике вы можете увидеть, как облако растет и меняет форму по мере того, как облако превращается в кольцо вокруг Земли. Но в реальной жизни, в человеческом масштабе, кусочки слишком малы и слишком далеко друг от друга, чтобы на самом деле увидеть обломки как связное облако.
Вы видите приближающийся к вам космический мусор?
Очень маловероятно, что вы увидите космический мусор. По сравнению с человеком на орбите космический мусор движется примерно в десять раз быстрее пули, и подавляющее большинство мусора размером с пулю или даже меньше. Никто не может увидеть приближающуюся пулю, не говоря уже о предмете, движущемся в десять раз быстрее.
На что похоже столкновение на орбите?
Это больше похоже на взрыв каждого объекта, как будто они прошли друг через друга и взорвались с другой стороны.
Столкновение на гиперскорости, подобное столкновению на орбитальной скорости, не ведет себя как столкновение, которое мы привыкли видеть. Объекты движутся так быстро, что проходят друг через друга быстрее, чем могут пройти ударные волны. Ударные волны в структурах каждого объекта затем разбивают их на фрагменты разного размера и при этом придают каждому фрагменту толчок в другом направлении. Каждый из этих фрагментов находится на другой орбите, чем исходный объект, и будет удаляться в соответствии с законами орбитального движения. С тысячами фрагментов, каждый из которых движется в несколько разных направлениях, это очень похоже на взрыв.
Местный представитель наблюдает за Tech. сержант Джон Лоу взвешивает бак с водородным топливом в международном аэропорту Чингисхан, Монголия, 26 августа 2011 г. в Монголию, чтобы забрать упавшие части спутника для НАСА. Изображение предоставлено: фото ВВС США/Master Sgt. Линда Вельц.
Расставание похоже на кино?
В драматических целях фильмы, телевидение и реклама, как правило, показывают космические разрывы с гораздо меньшей скоростью, чем в реальной жизни.
Разрушение в пространстве, особенно столкновение, может потребовать много энергии, и осколки отбрасываются с чрезвычайно высокой скоростью. Поскольку нет воздуха, который замедлял бы осколки, все осколки разлетались бы друг от друга и быстро исчезали бы из поля зрения. При многих разрывах осколок размером с мяч для софтбола пролетал всю космическую станцию (чуть меньше футбольного поля) менее чем за полсекунды. Если бы вы наблюдали за ним с близкого расстояния, вы бы увидели вспышку, и объект, который распался, просто исчез бы и исчез. Маловероятно, что вы увидите, как куски отлетают. Точно так же космическое столкновение на низкой орбите вряд ли будет похоже на автомобильную аварию — скорости слишком высоки. Столкновения выглядели бы как взрывы для ближайшего наблюдателя.
Реальны ли столкновения или каскады цепной реакции?
К сожалению, да. Математическое моделирование неоднократно показывало, что количество объектов на низкой околоземной орбите, вероятно, будет расти из-за столкновений, независимо от того, запускаем мы больше космических миссий или нет.
Однако эти каскады происходят на протяжении десятилетий и столетий, а крупное столкновение происходит в настоящее время примерно раз в пять-десять лет. Таким образом, хотя «синдром Кесслера» — сценарий, при котором столкновения космического мусора вызывают эффект домино, приводящий к огромному количеству мусора, — вполне реален математически, это катастрофа в замедленном темпе, на которую у нас есть время повлиять. Если мы начнем ограничивать рост космического мусора прямо сейчас, мы сможем предотвратить превращение его в неуправляемую проблему.
Космический мусор сделает невозможным полет или работу в космосе?
Нет, это очень маловероятно. В течение многих десятилетий рост космического мусора сделает операции на орбите более опасными и дорогостоящими. Рост обломков сделает отслеживание и избегание обломков более сложным, дорогостоящим и трудным в эксплуатации. Может быть сложно выполнить миссию, если требуются частые маневры, чтобы избежать обломков.
И спутник должен был бы нести дополнительное топливо для этих дополнительных маневров и, вероятно, должен был бы защищать критические области от столкновений с мелкими обломками. Космический мусор может сделать космические миссии более дорогостоящими и сложными, но не сделает их невозможными.
Откуда мы знаем, где находится космический мусор?
Сеть космического наблюдения (SSN), управляемая ВВС США, отслеживает объекты в космосе. SSN имеет радарные и оптические датчики в различных местах по всему миру, как показано на рисунке ниже. Эти датчики наблюдают и отслеживают объекты размером больше мяча для софтбола на низких околоземных орбитах и объекты размером с баскетбольный мяч или больше на более высоких геосинхронных орбитах. Датчики могут определять, на какой орбите находятся объекты, и эта информация используется для прогнозирования близких сближений, повторных входов в атмосферу и вероятности столкновения. Другие страны также используют системы слежения за космическими объектами.
Если большинство обломков слишком малы, чтобы их можно было увидеть, то как мы узнаем об этом?
Некоторые радарные установки могут видеть небольшие объекты, проходящие через их лучи, но не могут отслеживать их достаточно долго, чтобы определить их орбиту. Мы можем определить приблизительное количество мелкого космического мусора, подсчитав эти отражения от радаров за короткий период времени, а затем оценив их общее количество. Кроме того, всякий раз, когда мы поднимаем космический корабль с орбиты, мы обнаруживаем, что он почти всегда испещрен ударами обломков. Как правило, чем дольше что-то находится на орбите, тем больше у него попаданий. Сбор этого типа данных из нескольких источников позволяет нам оценить общее количество объектов на орбите. Мы также можем оценить количество частиц, образовавшихся в результате столкновений и взрывов, используя модели, моделирующие распад.
Кто несет ответственность за образование космического мусора? Отслеживание? Контролировать это?
Страны, которые запускают и эксплуатируют спутники, несут ответственность за космический мусор от своих спутников и корпусов ракет.
Никто не отвечает за его отслеживание на международном уровне, но Соединенные Штаты отслеживают космический мусор, чтобы защитить наши собственные спутники, и мы делимся частью этой информации с остальным миром. Другие страны также имеют возможности отслеживания и предоставляют аналогичные услуги для своих спутников. Операторы спутников пытаются уменьшить космический мусор от недавно запущенных спутников и корпусов ракет, тщательно проектируя их, чтобы предотвратить взрывы, повторно входить в них или перемещать их на орбиты захоронения — по сути, на космическую свалку — когда их миссия закончена. Космический мусор от старых объектов, взрывов и столкновений вообще не контролируется.
Сводка энергий столкновения частиц различного размера. Обратите внимание, что крошечный космический мусор может быть смертельным и, как правило, его невозможно отследить.
Разве в космосе нет «управления воздушным движением»? Разве НАСА этим не занимается?
Невозможно управлять неактивными объектами.
Кроме того, невозможно управлять объектами, которые могут быть активны, но не могут маневрировать, например, космическим телескопом Хаббла. И, наконец, даже когда у нас есть спутник, который может маневрировать, это не то же самое, что управление воздушным движением говорит самолету набирать высоту, снижаться или разворачиваться. Спутник, движущийся по орбите, подчиняется законам физики, и если нет достаточного времени для предупреждения, может потребоваться много энергии, чтобы изменить эту орбиту, чтобы избежать столкновения.
Ближайшим учреждением к системе управления воздушным движением является Объединенный центр космических операций ВВС США. JSpOC управляет сетью космического наблюдения и поддерживает наиболее полный каталог объектов на орбите. Если они предсказывают столкновение между занесенным в каталог объектом и известным рабочим спутником, они обычно пытаются уведомить об этом владельца/оператора. JSpOC отслеживает столкновения с МКС и другими спутниками НАСА. Другие страны используют данные JSpOC, а также собственные данные отслеживания для защиты своих спутников.
На сегодняшний день не существует международно признанного агентства «Управление космическим движением».
С закрытием космического забора, кто отслеживает обломки?
Космический забор, также известный как Система наблюдения за космосом ВВС, является лишь частью сети наблюдения за космосом, а все остальные станции слежения все еще работают. Однако закрытие космического забора усложняет отслеживание и ухудшает нашу способность точно отслеживать космический мусор.
Решится ли проблема космического мусора сама собой?
На низкой околоземной орбите (ниже 600 км или 370 миль) небольшая атмосфера, которая находится там, будет в течение недель, месяцев и лет тянуть космический мусор достаточно низко, чтобы он вернулся. На расстоянии от 600 до 1000 км (620 миль) может потребоваться от десятков до сотен лет, чтобы обломки снова вошли. Так что вполне возможно, что часть мусора будет удалена естественным путем. Проблема в том, что объекты космического мусора могут сталкиваться друг с другом и производить больше мусора.
Сравнение размера снаряда с размером удара. Изображение предоставлено: NASA
Что мы можем сделать, чтобы предотвратить ухудшение проблемы?
Самое простое, что можно сделать, это не оставлять больше объектов на орбите, когда они больше не нужны. Для этого существуют международные рекомендации Межагентского координационного комитета по космическому мусору (IADC) (http://www.iadc-online.org/). Во многих странах, включая Соединенные Штаты, действуют правила избавления от старых спутников и ракет. Проблема в том, что ликвидировать старые космические аппараты может быть сложно и дорого, особенно если спутник или ракета не предназначены для утилизации. Более того, самоутилизирующиеся спутники и ракеты не подойдут для объектов, которые уже находятся на орбите и являются неуправляемыми.
Можем ли мы убрать космический мусор?
Не существует простого или дешевого решения проблемы космического мусора. Очистка его будет очень дорогой и займет много лет.
Большие обломки, такие как использованные ракеты, скорее всего, создадут больше мусора, они тяжелые и их трудно перемещать. Небольшой мусор, который все еще может повредить спутник, очень трудно найти и отследить, и его очень много. Оба типа мусора трудно удалить по своим собственным причинам.
Как убрать космический мусор?
Мы не можем просто пропылесосить или подмести его в космический мусоровоз. Чтобы удалить космический мусор, особенно крупные и более опасные объекты, мы должны приблизиться к нему и поддерживать ту же скорость, что и каждый объект. Затем мы каким-то образом должны прикрепиться к нему и перевести его на более низкую орбиту или снова войти прямо в океан. Если объект представляет собой ступень ракеты с топливом на борту, существует риск взрыва, и поэтому мы никогда не позволим космонавтам выполнять эту задачу. Существует также проблема прав собственности; вы не можете захватить спутник или ракету, принадлежащую другой стране, без их разрешения.
Нет простого способа контролировать небольшие, но опасные объекты, которые плохо отслеживаются или вообще не отслеживаются. У них больше кинетической энергии, чем у пуль, и они движутся в десять раз быстрее. Трудно поймать пулю, особенно если вы не хотите создавать больше мусора, делая это.
Насколько заранее вы можете предсказать столкновение или вход в атмосферу?
Мы можем разумно предсказать близкое сближение в космосе, начиная за неделю до события. Предсказать, где космический мусор снова войдет в атмосферу и приземлится, гораздо сложнее, потому что мы не знаем, когда объект на самом деле войдет в более плотную атмосферу и начнет свое последнее погружение. Надежно предсказать место входа в атмосферу более чем за день до события сложно, и даже в этом случае наша погрешность может составлять несколько часов, что эквивалентно нескольким оборотам.
Если мы знаем об этом заранее, можно ли идентифицировать и переместить космический мусор, чтобы избежать столкновения?
Обломки не могут быть перемещены, но если другой объект является маневренным спутником, он может вовремя отойти в сторону, чтобы избежать столкновения.
Большинству спутниковых операторов требуются часы или дни, чтобы спланировать и выполнить маневр предотвращения столкновения.
Космический мусор – откуда он берется?
Космический мусор — это все, что находится на орбите, создано руками человека и больше не используется. Космический мусор включает в себя старые, неактивные спутники, ступени ракет и другое выброшенное оборудование, такое как крышки приборов или разделительные болты. Сюда также входят фрагменты взорвавшихся или столкнувшихся транспортных средств, а также обломки спутников, такие как кусочки изоляции и краски. Как правило, чем мельче мусор, тем его больше.
Сфера давления восстановилась в Южной Африке. Фото: Argus/Enver Essop
Насколько мал и насколько велик космический мусор?
Космический мусор может быть размером с большой корпус ракеты (длиной более 10 метров или 33 футов) вплоть до микроскопических частиц, которые едва видны. Больше всего нас беспокоят те, что больше 3 мм (размера BB), хотя даже удары очень мелких обломков могут постепенно разрушить солнечную панель или испортить научный прибор.
Почему нас должен волновать космический мусор?
Космический мусор влияет на всех. Было бы удивительно узнать, насколько мы зависим от спутниковых технологий в области связи, навигации, коммунальных услуг и услуг. Почти все, что мы делаем в нашем современном образе жизни, использует спутниковые технологии. Космический мусор увеличивает стоимость эксплуатации этих спутников. Если космический мусор уничтожит спутник, на восстановление этой службы могут уйти годы и сотни миллионов долларов. Мелкий мусор может повредить важные компоненты, такие как солнечные батареи, что также может сократить срок службы спутника. Некоторые спутники могут двигаться, чтобы избежать столкновения, но перемещение спутника требует ценного топлива и может сократить время спутниковой миссии. В общем, космический мусор увеличивает стоимость работы в космосе.
Почему мелкий мусор представляет собой проблему?
Все, что находится на орбите, движется очень быстро, обычно со скоростью 7,5 км/с или более 17 000 миль в час на низкой околоземной орбите (НОО).
Это в десять-двадцать раз быстрее пули. Если вы находитесь на орбите, вы также движетесь с такой же скоростью, и обломки могут приближаться к вам с другого направления, поэтому относительная скорость может быть в два раза выше. В результате даже крошечные частицы могут быть чрезвычайно смертоносны, а объект размером с булавочную головку может нанести огромный удар.
Как происходит распад на орбите и что с этим можно сделать?
Большинство поломок на орбите вызвано взрывами оставшихся жидкостей и газов в баках старых корпусов ракет. Батареи ряда спутников, вероятно, взорвались. Было задокументировано четыре столкновения между объектами, достаточно большими, чтобы их можно было отслеживать, и несколько других предполагаемых столкновений. Также произошел ряд преднамеренных взрывов и столкновений с целью уничтожения спутников. Прогнозируется, что столкновения на определенных орбитах станут основным источником нового мусора в будущем.
Это все «сойдет» (повторно)?
Любой объект на расстоянии менее 1000 км или 620 миль вернется в космос через несколько сотен лет.
Объектам на самых низких орбитах может потребоваться всего несколько месяцев, чтобы вернуться. Для орбит от 1000 км до 2500 км (от 620 до 1550 миль) повторный вход в атмосферу может в конечном итоге произойти, но это может занять тысячи лет. Выше 2500 км срок службы может быть намного больше.
Разве все это не движется в одном направлении?
Спутники запускаются на разные орбиты в разное время, и их орбиты часто пересекаются. Обломки спутника или корпуса ракеты начинают движение по исходной орбите, но со временем естественные силы изменят эту орбиту. За прошедшие годы эти естественные силы настолько перемешались, что обломки выглядят как водоворот со всех сторон, особенно на околоземных орбитах, таких как те, которые используются космической станцией и космическими шаттлами. Даже на высоких геосинхронных орбитах, где все спутники находятся на очень похожих орбитах, движущихся в одном направлении с одинаковой скоростью, притяжение Солнца и Луны в конечном итоге сместит орбиты неактивных объектов так, что они станут другими.
Вид на Трехраздельную туманность M20, или NGC6514, сделанный усовершенствованным телескопом космического наблюдения Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны, предназначенным для обнаружения космического мусора. Изображение предоставлено: DoD photo
Что такое повторный вход и хорошо это или плохо?
Вход в атмосферу — это когда искусственный объект в космосе возвращается в плотную атмосферу. Существует два вида повторного входа: контролируемый и неконтролируемый. Контролируемый вход в атмосферу — это когда объект использует двигатель, чтобы перевести его на определенную траекторию, предназначенную для повторного входа в известном месте — обычно над океаном, чтобы части, которые не сгорели, приземлились в безопасном районе. Как следует из названия, такой повторный вход возможен только в том случае, если вы контролируете объект. Неконтролируемый вход в атмосферу происходит, когда атмосферное сопротивление медленно приводит к тому, что орбита объекта становится настолько низкой, что увеличивающееся сопротивление на более низких высотах заставляет его совершить последнее падение на Землю.
Это может произойти в любом месте на орбите, и мы не знаем, где произойдет повторный вход в атмосферу или где приземлятся обломки. Как правило, повторные входы хороши, потому что они уменьшают количество мусора. Повторный вход может быть плохим, если он вызывает повреждения или травмы — к счастью, такое случается редко.
Некоторые орбиты хуже других?
Определенные высоты орбиты больше заполнены космическим мусором, чем другие. Орбиты высотой от 800 до 1100 км являются наиболее загруженными и содержат 40 процентов отслеживаемого космического мусора. Например, орбиты, проходящие вблизи полюсов Земли, более опасны, поскольку они чаще пересекают другие орбиты. Поскольку космический мусор возникает в результате деятельности человека, на наиболее полезных орбитах также будет больше всего космического мусора.
Как часто возвращается космический мусор? Что происходит с обломками, когда они возвращаются на Землю?
Обычно от 200 до 400 объектов, достаточно больших для отслеживания, возвращаются каждый год.
На графике ниже показано количество повторных входов за всю космическую эру. Лишь немногие из них являются контролируемыми повторными входами. Остальные неконтролируемы и могут возникать где угодно на своих соответствующих орбитах. Входящие в атмосферу болиды наблюдаются несколько раз в год, и в среднем обломки обнаруживаются на земле лишь пару раз в год. К счастью, только некоторые из объектов, возвращающихся каждый год — в настоящее время менее 100 в год — достаточно велики, чтобы опасные обломки выжили и достигли земли.
Сколько времени требуется космическому мусору, чтобы вернуться в атмосферу Земли после взрыва?
Это зависит от орбиты исходного объекта и энергии взрыва. Как правило, взрывы на более низких орбитах приводят к тому, что осколки возвращаются гораздо быстрее. Каждый фрагмент находится на новой орбите. Если эта орбита пересекает атмосферу, осколок сразу входит обратно. Другие фрагменты выбрасываются на более высокие орбиты и могут оставаться в космосе в течение многих лет.
Взрывы на очень больших высотах могут создавать обломки, которые никогда не возвращаются обратно.
Сколько его там? Сколько объектов находится на орбите?
Космическая эра началась в октябре 1957 года с запуском Спутника-1. За последние 56 лет было осуществлено более пяти тысяч запусков. С каждым запуском обычно связано несколько отдельных объектов, которые могут оставаться на орбите. Кроме того, имели место взрывы и другие насильственные разрушения транспортных средств, в результате которых разлетались от тысяч до сотен тысяч осколков. Военные США в настоящее время отслеживают около 20 000 объектов и за годы каталогизировали около 40 000 объектов, некоторые из которых повторно вошли в атмосферу. Большинство космического мусора слишком малы, чтобы их можно было отследить, но достаточно велики, чтобы повредить космический корабль. По нашим оценкам, существуют сотни тысяч объектов, которые могут оказаться смертельными или катастрофическими для космической миссии, и миллионы объектов, способных нанести ущерб.