Содержание
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.
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
Лавинообразное увеличение мусора на орбите грозит лишить всех землян космоса
Сценарий каскадного размножения обломков на околоземной орбите, которые уничтожат космический телескоп Hubble и Международную космическую станцию, был красочно изображен в фильме «Гравитация» с Сандрой Буллок в главной роли, а вспомнить обо всем этом заставил подрыв собственного спутника, произведенный российскими военными ранним утром в понедельник, 15 ноября.
Представители многих космических агентств мира выразили возмущение этими экспериментами и напомнили, что окружающее космическое пространство — это общий ресурс, а космические войны недопустимы. Насколько же в действительности реально и неизбежно негативное развитие событий?
Планы о проведении подобных экспериментов заранее не были обнародованы, а после того, как космические ведомства разных стран выразили свое возмущение, Роскосмос заверил партнеров, что опасность миновала: «На текущий момент экипаж Международной космической станции штатно выполняет работы согласно программе полета. Орбитальные параметры станции находятся в так называемой зеленой зоне. Остальные вопросы не входят в компетенцию госкорпорации «Роскосмос». Тем не менее спустя какое-то время Россия признала, что проводились испытания противоспутникового оружия. Официальный представитель российского МИД Мария Захарова заявила, что Россия уничтожила на орбите недействующий спутник «Целина-Д» в рамках деятельности «по обеспечению обороноспособности, направленной на предотвращение внезапного нанесения ущерба безопасности страны в космической сфере и на Земле существующими и перспективными космическими средствами других государств».
Уничтоженный спутник был запущен в 1982 году и не работал уже несколько десятилетий. Каким именно оружием его сбили, доподлинно неизвестно. Министр обороны Сергей Шойгу заявил, что была использована «перспективная система», которая «ювелирно поразила старый спутник».
«В крайне напряженных условиях»: как США выиграли марсианскую гонку
50 лет назад американский аппарат Mariner 9 вышел на околомарсианскую орбиту и стал первым…
14 ноября 10:50
В результате на орбите образовалось облако космического мусора. Министр иностранных дел России Сергей Лавров в ответ на эти обвинения напомнил, что Пентагон сам испытывал подобные орбитальные ударные вооружения. Известно также, что в январе 2007 года Китай применял свою версию противоспутникового оружия, что в тот момент тоже вызвало возмущение США и других стран. С китайского космодрома Сичан в провинции Сычуань была запущена баллистическая ракета, которая на высоте 865 км уничтожила старый метеорологический спутник Feng Yun 1C, выведенный на орбиту в 1999 году.
После того, как российские военные уничтожили свой неработающий спутник, экипаж МКС был вынужден укрыться в спускаемых аппаратах, так как обломки, пролетавшие на большой скорости в опасной близости от МКС, могли нарушить герметичность станции. В некоторых случаях спутники и космические корабли сейчас могут еще маневрировать, уходя от особо угрожающего им космического мусора, но, возможно, ситуация рано или поздно окажется такой, когда число обломков на орбите станет расти как снежный ком, и все возрастающее число столкновений на орбите фактически отрежет человечество от космоса. Сам этот сценарий, на первоначальных стадиях которого мы, возможно, уже находимся, получил наименование синдрома Кесслера.
Дональд Кесслер, работавший тогда в NASA, рассмотрел этот сценарий в своей основополагающей статье 1978 года под названием «Collision frequency of artificial satellites: The creation of a debris belt».
Он предупреждал, что по мере того, как «количество искусственных спутников на околоземной орбите увеличивается, вероятность столкновений между ними также растет».
«Столкновение между спутниками приведет к образованию на орбите дополнительных фрагментов, каждый из которых увеличивает вероятность дальнейших столкновений, что постепенно приводит к разрастанию облака обломков вокруг Земли», — считал Кесслер. Поскольку это облако со временем становится все более плотным, Кесслер выразил обеспокоенность тем, что это станет «серьезной проблемой в следующем столетии». Кесслер не работает в NASA c 1996 года, однако он и поныне остается активным членом сообщества исследователей космического мусора.
Словосочетание «синдром Кесслера» было пущено в ход Джоном Габбардом, который отслеживал события, связанные с разрушением спутников, для NORAD — North American Aerospace Defense Command, Командования воздушно-космической обороны Северной Америки — объединенной системы аэрокосмической обороны США и Канады, обеспечивающей контроль воздушного и околоземного пространства и предупреждение о воздушно-космических нападениях на эти страны.
Кесслер позже уточнил суть этого термина, заявив, что он «предназначен для описания явления, когда случайные столкновения между объектами, достаточно крупными, чтобы их можно было каталогизировать, создают опасность для космических кораблей из-за облака мелких обломков, число которых начинает существенно превышать количество метеороидов естественного происхождения».
Он добавил, что «это явление в конечном итоге станет самым важным долгосрочным источником мусора», если мы не предпримем что-то на этот счет.
Этот «самодостаточный, беспорядочный, каскадный процесс столкновений», вероятно, значительно ускорится при частом применении противоспутникового оружия. Пока известен лишь один случай, когда один из неработающих спутников самопроизвольно врезался в другой, работающий, и это произошло 10 февраля 2009 года. В тот день американский спутник связи Iridium 33, входящий в одноименную спутниковую группировку и запущенный в космос с Байконура ракетой-носителем «Протон-К», столкнулся с уже мертвым спутником «Космос-2251».
По некоторым оценкам, в настоящее время в окружающем нас космосе находится около 330 млн обломков, что кажется совершенно невероятной цифрой. Очевидно, что никто не запускал на орбиту 330 млн отдельных объектов, но проблема именно в том, что обломки в космосе могут размножаться, распадаясь на множество все более мелких частиц, которые затем могут врезаться в другие объекты и так далее.
В результате всего этого число обломков с течением времени возрастает по экспоненте.
Большие участки на низких околоземных орбитах, особенно очень востребованная полоса между 900 и 1400 км, в конечном итоге становятся недоступными на длительные периоды времени, измеряемые десятилетиями.
В 1991 году Кесслер заявил о том, что «сейчас необходимо начать ограничивать количество оставляемых на орбите корпусов ракет и других объектов». Десятилетия спустя это предупреждение, казавшееся тогда преувеличенно пессимистичным, начало обретать вполне реальные и даже угрожающие черты, учитывая темпы запуска в космос все новых и новых ракет. Более того, попытки помешать этому процессу могут оказаться уже безуспешными, поскольку скорость, с которой создается космический мусор, сейчас выше, чем скорость, с которой этот мусор падает и сгорает в атмосфере Земли.
«Результаты моделирования, подтвержденные данными испытаний [ВВС США], а также рядом независимых ученых, позволяют предположить, что текущая ситуация с космическим мусором является нестабильной или превышает критический порог, так что любая попытка добиться уменьшения числа мелких обломков путем устранения их источников, скорее всего, потерпит неудачу: новые фрагменты столкновений будут генерироваться быстрее, чем прежние сходят с орбиты из-за торможения в верхних слоях атмосферы», — писал Кесслер в 2009 году.
«Цунами гравитационных волн»: ученые открыли новые слияния черных дыр
Ученые сообщили о 35 новых открытиях слияний черных дыр и нейтронных звезд с помощью наблюдений…
08 ноября 12:08
Европейское космическое агентство соглашается с этим, заявляя, что образовавшиеся осколки от столкновений начнут преобладать на полезных участках низкой околоземной орбиты, и это станет тем фактором, который придется постоянно учитывать, «даже если все запуски будут полностью прекращены, что крайне маловероятно». Кроме того, геостационарная орбита, которая простирается над Землей в районе 36 тыс. км и на которой размещены сотни спутников, также не застрахована от «синдрома Кесслера».
Впрочем, Кесслер никогда не утверждал, что деструктивный каскад обломков может образоваться в течение короткого промежутка времени, исчисляемого несколькими днями или месяцами, или что этот каскад может быть спровоцирован одним-единственным космическим запуском. Фильм 2013 года «Гравитация» использовал именно такой сценарий, в котором разрушение российского спутника привело к возникновению каскадных событий, быстрому размножению космического мусора, который в конечном итоге и уничтожил Международную космическую станцию.
В действительности единичное событие-триггер вряд ли приведет к массовому уничтожению спутников, однако столкновения, которые создают большие объемы мусора, могут существенно ускорить весь этот процесс.
Наблюдается тенденция постоянной подпитки «синдрома Кесслера». Космические запуски становятся все более дешевыми, космос делается все более доступным для коммерческой эксплуатации. Миниатюризация позволяет создавать спутники все меньшего размера и опять же удешевлять их эксплуатацию. Это означает, что с каждым запуском в космос выводится все большее количество спутников. Кроме того, существует тенденция к созданию спутниковых мегагруппировок, в которых целые флотилии орбитальных космических аппаратов работают совместно для предоставления таких услуг, как широкополосный доступ в Интернет. Компания SpaceX Илона Маска, уже запустившая на орбиту более 1700 спутников Starlink, считается лидером в этом направлении, однако подтягиваются и другие компании, такие как OneWeb и Amazon, которые намерены развернуть аналогичные космические группировки.
В настоящее время на орбите Земли находятся около 7630 спутников, из которых функционирующими остаются примерно 4700 (по оценкам ESA). Каждый объект, выводимый на орбиту, увеличивает риск столкновений, а каждое столкновение в свою очередь увеличивает вероятность будущих столкновений. Это может сделать перспективы долгосрочной жизнеспособности спутников достаточно сомнительными.
Когда же неприемлемо высокая плотность мусора превратит орбиту Земли в место, не подходящее для спутников, космических станций и космонавтов и сколько это может продлиться? В худшем случае имеющееся облако обломков уничтожит еще несколько спутников и сделает отдельные участки околоземной орбиты непригодными для какой-либо эксплуатации на длительное время. Облако обломков ниже 500 км в конечном итоге осядет обратно на Землю, но на это потребуется десятилетие или больше. Что касается области выше 600 км, то она может оставаться закрытой на неопределенный срок, если мы не найдем способ очистить ее принудительно.
Все это означает существенные риски для современных телекоммуникационных систем, отсутствие уже ставших привычными сервисов глобальных систем позиционирования GPS, пострадают также финансовые системы, будет во многом утрачен военный потенциал многих стран, и, среди прочего, мир лишиться метеоспутников и картографических инструментов. То есть человечество во многом вернется технологически в середину XX века.
Но способы уменьшить объемы космического мусора все же имеются. К ним относятся ограничение количества нового космического мусора за счет систематических восстановительных операций, например, технического обслуживания и ремонта спутников на орбите; предотвращение столкновений в космосе, например, за счет обеспечения маневренности всех спутников и запрещение испытаний противоспутникового оружия; изготовление более ударопрочных корпусов спутников; и, наконец, какие-то проблемы можно решить за счет более ответственного подхода к утилизации спутников, вырабатывающих свой ресурс — например, путем разработки спутников, которые могут самостоятельно сходить с орбиты.
Также очень важно искать новые и эффективные способы удаления имеющегося космического мусора.
Вероятно, со временем будут приняты также разумные ограничения на объем и типы объектов, которые разрешено будет отправлять в космос. Договориться об этом со всеми сторонами, включая разные государства и частников, будет непросто, но эта вынужденная мера позволит поддерживать здоровую экологию околоземного пространства и избежать потери этого ресурса.
ЕКА — О космическом мусоре
Космическая безопасность
103957 просмотра
271 лайков
Спутники на орбите лежат в основе нашей современной жизни. Они используются во многих областях и дисциплинах, включая космическую науку, наблюдение Земли, метеорологию, исследования климата, телекоммуникации, навигацию и исследование космоса человеком. Они предлагают уникальную перспективу, ресурс для сбора научных данных, коммерческие возможности и различные важные приложения и услуги, которые открывают непревзойденные возможности для исследований и эксплуатации.
Однако в последние десятилетия с ростом космической деятельности начала появляться новая и неожиданная опасность: космический мусор.
60 лет космической деятельности
За более чем 60 лет космической деятельности более 6050 запусков привели к выводу на орбиту около 56450 отслеживаемых объектов, из которых около 28160 остаются в космосе и регулярно отслеживаются Сетью космического наблюдения США и поддерживаются в своем каталоге, который охватывает объекты размером более 5–10 см на низкой околоземной орбите (НОО) и от 30 см до 1 м на геостационарной (ГСО) высоте. Лишь небольшая часть — около 4000 — сегодня исправны, функционируют спутники.
Это большое количество космического оборудования общей массой более 9300 тонн.
Объекты на орбите включают отработанные разгонные блоки
Объекты мусора на орбите включают отработавшие верхние ступени.
Около 24 % объектов, занесенных в каталог, составляют спутники (менее трети из которых находятся в рабочем состоянии), а около 11 % — отработанные разгонные блоки и объекты, связанные с миссией, такие как пусковые адаптеры и крышки объективов.
Более 560 событий осколков на орбите зарегистрировано с 1961. Только 7 событий были связаны со столкновениями, и большинство текущих событий были взрывами космических аппаратов и разгонных блоков. Однако ожидается, что в будущем столкновения станут основным источником космического мусора
.
Взрывы спутников и корпусов ракет
К источникам космического мусора относятся взрывы корпусов ракет.
Предполагается, что эти события фрагментации породили популяцию объектов размером более 1 см, насчитывающую порядка
0. Спорадический поток от природных метеороидов может преобладать только над потоком от антропогенных обломков размером около 0,1-1 мм.
Основная причина взрывов на орбите связана с остаточным топливом, которое остается в баках или топливопроводах, или другими оставшимися источниками энергии, которые остаются на борту после того, как ступень ракеты или спутник были сброшены на околоземную орбиту.
Со временем неблагоприятные космические условия могут снизить механическую целостность внешних и внутренних деталей, что приведет к утечкам и/или смешению компонентов топлива, что может привести к самовозгоранию.
Возникший взрыв может разрушить объект и разнести его массу на многочисленные осколки с широким спектром масс и сообщаемых скоростей.
Противоспутниковое испытание: на 25% больше обломков
Помимо таких случайных разрушений, основной причиной в недавнем прошлом был перехват спутников ракетами наземного базирования.
Запуск китайского FengYun-1C только в январе 2007 г. увеличил количество отслеживаемых космических объектов на 25%.
Другие источники фрагментов обломков
Отправка команд Swarm-B на выполнение маневра по уклонению от обломков
Наиболее важным источником неосколочного мусора было более 2460 запусков твердотопливных двигателей, в результате которых был высвобожден оксид алюминия (Al2O3) в виде микрометровой пыли и частиц шлака размером от мм до см.
Вторым важным источником был выброс активных зон из реакторов «Бук» после прекращения эксплуатации российских спутников радиолокационной разведки океана в 1980-х годах. В ходе 16 таких выбросов в космос выбрасывались многочисленные капли теплоносителя реактора (легкоплавкий натриево-калиевый сплав).
Другим историческим источником был выпуск тонких медных проводов в рамках эксперимента по радиосвязи во время миссий Мидас в 1960-х годах.
Наконец, под воздействием экстремального ультрафиолетового излучения сталкивающиеся атомарный кислород и сталкивающиеся микрочастицы вызывают эрозию поверхностей космических объектов. Это приводит к потере массы поверхностных покрытий и к отделению чешуек краски размером от микрометра до миллиметра.
Наблюдения с помощью телескопа ЕКА диаметром 1 м в обсерватории Тейде, Тенерифе, Испания, выявили группу объектов с чрезвычайно высоким отношением площади к массе. Происхождение и природа этих объектов еще до конца не изучены. В настоящее время общепризнано, что эти объекты были созданы в районе ГСО, возможно, из материала теплового покрытия заброшенных спутников.
Первое в истории столкновение на орбите
Первое в истории случайное столкновение на орбите двух спутников произошло в 16:56 UTC 10 февраля 2009 г., на высоте 776 км над Сибирью.
Частный американский спутник связи «Иридиум-33» и российский военный спутник «Космос-2251» столкнулись на скорости 11,7 км/с.
Оба были уничтожены, и образовалось более 2300 отслеживаемых фрагментов, некоторые из которых с тех пор повторно вошли (то есть распались и снова вошли в атмосферу, где сгорели).
Распределение каталогизированных объектов в пространстве — глобальный вид
Геостационарная орбита
Спутники, запущенные на НОО, постоянно подвергаются воздействию аэродинамических сил из разреженных верхних слоев земной атмосферы.
В зависимости от высоты через несколько недель, лет или даже столетий это сопротивление замедляет спутник настолько, что он снова входит в атмосферу. На больших высотах, выше 800 км, сопротивление воздуха становится менее эффективным, и объекты, как правило, остаются на орбите в течение многих десятилетий.
На любой заданной высоте образованию обломков в результате обычных операций по запуску, разрушению и другим выбросам противодействуют естественные механизмы очистки, такие как сопротивление воздуха и лунно-солнечное гравитационное притяжение.
Результатом этих уравновешивающих эффектов является зависящая от высоты и широты концентрация (пространственная плотность) объектов космического мусора.
Максимальные концентрации мусора отмечаются на высотах 800-1000 км и около 1400 км. Пространственные плотности на ГСО и вблизи орбит группировок навигационных спутников на два-три порядка меньше.
Прогноз при «обычном бизнесе»: рост космического мусора
При сегодняшней ежегодной частоте запусков около 110 и с учетом того, что будущие разрушения будут происходить со средней исторической скоростью от 10 до 11 в год, количество объектов космического мусора в космосе будет неуклонно увеличиваться.
Миссия ЕКА по удалению активного мусора: e.Deorbit
В результате увеличения количества объектов обломков вероятность катастрофических столкновений также будет постепенно возрастать; удвоение количества объектов увеличит риск столкновения примерно в четыре раза.
По мере роста обломков будет происходить больше столкновений.
При обычном сценарии такие столкновения начнут преобладать над преобладающими сейчас взрывами через несколько десятилетий. В конечном счете, столкновительные фрагменты будут сталкиваться с столкновительными фрагментами, пока вся популяция не уменьшится до докритических размеров.
Этот самоподдерживающийся процесс, который особенно важен для региона НОО, известен как «синдром Кесслера». Этого следует избегать путем своевременного применения смягчающих и восстановительных мер в международном масштабе.
Спасибо за лайк
Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!
Q+A Что такое космический мусор и насколько он опасен?
СТОКГОЛЬМ, 16 ноя (Рейтер) — Российские испытания в понедельник по взрыву одного из собственных спутников в космосе вызвали критику за то, что они подвергли опасности экипаж Международной космической станции, и, по словам экспертов, создали поле обломков, которое увеличило риск для космической деятельности в течение многих лет.
читать дальше
ЧТО ТАКОЕ КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР И ОТКУДА ОН ВОЗНИКАЕТ?
Космический мусор, или космический мусор, состоит из выброшенных ракет-носителей или частей космического корабля, которые летают в космосе в сотнях миль над Землей, рискуя столкнуться со спутниками или космической станцией.
Мусор также может быть вызван взрывом в космосе или когда страны проводят ракетные испытания для уничтожения собственных спутников ракетами. Помимо России, Китай, США и Индия сбивали спутники, создавая космический мусор.
Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к Reuters.com
Поскольку космический мусор вращается вокруг Земли с огромной скоростью — около 15 700 миль в час (25 265 км/ч) на низкой околоземной орбите — он может нанести значительный ущерб спутнику или космический корабль в случае столкновения.
«Каждый спутник, выходящий на орбиту, потенциально может стать космическим мусором», — сказал в интервью профессор Хью Льюис, глава исследовательской группы астронавтики Саутгемптонского университета.
С запуском большего количества спутников такими компаниями, как Starlink Илона Маска и созвездие спутников OneWeb, околоземное пространство, вероятно, увидит больше космического мусора.
КАК БОЛЬШОЙ МУСОР?
Правительство США отслеживает около 23 000 обломков размером больше мяча для софтбола, вращающихся вокруг Земли.
Полмиллиона обломков размером более 1 сантиметра и 100 миллионов обломков размером около одного миллиметра или больше.
Мусор, особенно возле Международной космической станции, совершает 15-16 оборотов вокруг Земли в день, увеличивая риск столкновения.
По оценкам Европейского космического агентства (ЕКА), общая масса всех космических объектов на околоземной орбите превышает 9600 тонн.
Через несколько десятилетий, если накопление космического мусора продолжится, некоторые регионы космоса могут стать непригодными для использования, заявил в интервью Хольгер Крэг, глава отдела программы космической безопасности ЕКА.
НА ЧТО БЫЛО ВЛИЯНИЕ ТЕКУЩЕГО ИСПЫТАНИЯ?
Спутник Космос 1408, который был уничтожен в понедельник, был запущен в 1982 году и весил более 2000 кг (4410 фунтов), создавая значительное количество космического мусора.
В ходе испытания было получено более 1500 фрагментов «отслеживаемого орбитального мусора» и, вероятно, появятся сотни тысяч более мелких фрагментов, говорится в заявлении Космического командования США. читать далее
Экипаж космической станции получил указание укрыться в своих пристыкованных капсулах космического корабля на два часа после испытания на случай, если им придется уйти из-за столкновения с обломками.
«Событие произошло на высоте всего 80 километров (50 миль) от высоты космической станции, — сказал Крэг. «Таким образом, риск для космической станции будет увеличен, возможно, даже вдвое, по сравнению с тем, что было раньше».
ПОВЛИЯЕТ ЛИ КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР НА КОСМИЧЕСКИЕ ПОЕЗДКИ?
Хотя космический мусор вряд ли повлияет на космические путешествия, он создаст серьезные проблемы для космических полетов вокруг Земли.
Самый высокий риск будет для объектов, вращающихся на высоте около 1000 километров (620 миль), которые используются для связи и наблюдения за Землей.
«Мы все равно сможем отправиться на Марс, потому что будем очень быстро проходить через этот проблемный регион», — сказал Крэг.
«Но если вы хотите работать и оставаться в этом проблемном регионе в течение многих лет, это может быть невозможно через несколько десятилетий», — сказал он.
МОЖНО ЛИ УДАЛИТЬ КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР?
По данным НАСА, обломки на орбитах ниже 600 километров упадут обратно на Землю в течение нескольких лет, но на орбитах выше 1000 километров они будут продолжать вращаться вокруг Земли в течение столетия или более.
«Если мы хотим попытаться решить проблему космического мусора, мы должны начать удалять объекты такого типа», — сказал Льюис.
Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) и Европейское космическое агентство сотрудничают со стартапами, чтобы помочь в удалении космического мусора.
В то время как JAXA запустило шестимесячный демонстрационный проект с Astroscale для первой в мире миссии по удалению мусора, ESA работает со швейцарским стартапом ClearSpace над запуском миссии в 2025 году.
Космический мусор не только опасен, но и увеличивает стоимость для спутниковых операторов.
Операторы спутников на геостационарной орбите оценили, что защитные и смягчающие меры составляют около 5-10% стоимости миссии, а для более низких околоземных орбит стоимость выше, согласно исследованию ОЭСР.
(Эта история была переработана для исправления опечаток в параграфах 1, 9, 12)
Зарегистрируйтесь сейчас и получите БЕСПЛАТНЫЙ неограниченный доступ к Reuters.com
Репортаж Супанты Мукерджи из Стокгольма; Под редакцией Алекса Ричардсона
Наши стандарты: Принципы доверия Thomson Reuters.
Время вывозить мусор из космоса вокруг Земли
Вследствие увеличения количества искусственных объектов на орбите Земли опасность столкновения стала более вероятной. Космические аппараты, обеспечивающие связь, навигацию, научные и другие миссии, теперь делят околоземную орбиту с отработавшими корпусами ракет, нефункционирующими космическими аппаратами, фрагментами разрушенных космических аппаратов и другим мусором, образовавшимся в результате космических операций.
Миллионы крошечных кусочков мусора, вращающихся вокруг Земли, могут оказать серьезное влияние на космос. Удаление орбитального мусора стало очень важной частью коммерческого и научного управления космосом. Это совокупный риск, который необходимо учитывать, чтобы предотвратить потерю космического корабля в результате столкновения с обломками. Эта статья направлена на повышение осведомленности об этом риске. Для решения проблемы были предложены инновационные методы.
Практически с первого момента, когда человек начал путешествовать за пределы земной атмосферы, в космосе не осталось всякого мусора. Мало того, что это расточительно, космический мусор может быть опасен для спутников, космических станций, а когда часть его падает обратно на Землю, для человеческой жизни на земле.
Два года назад 18-тонная китайская ракета рухнула на Землю и приземлилась в Атлантическом океане, став одним из крупнейших обломков космического мусора, бесконтрольно упавших на Землю за последнее время.
The Times of India в выпуске от 11 апреля 2022 года сообщила, что только в Индии имеется 103 действующих или неработающих космических корабля и 114 объектов, отнесенных к категории космического мусора.
Рис. 1: С тех пор, как люди впервые вышли в космос в 1961 году, количество космического мусора вокруг Земли достигло критической точки
Такой космический мусор состоит из отработавших ступеней разгона, осколков столкновения. человеческие отходы, неактивные или вышедшие из строя спутники, корпуса ракет, строительные материалы МКС и другие части космических кораблей, которые остались позади.
Некоторый космический мусор возникает в результате столкновений или противоспутниковых испытаний на орбите. Когда два спутника сталкиваются, они могут разбиться на тысячи новых частей, создавая множество новых обломков. Это редкость, но несколько стран, включая США, Китай и Индию, использовали ракеты, чтобы практиковаться в подрыве собственных спутников.
По оценкам, насчитывается более 128 миллионов обломков размером менее одного сантиметра.
Их насчитывается примерно 900 000 штук размером от одного до десяти сантиметров. Текущее количество крупных обломков (10 см в поперечнике или больше) составляет 34 000.
Космический мусор в основном сосредоточен в районе околоземного космического пространства, в районах низкой околоземной орбиты (НОО) и геостационарной околоземной орбиты (ГЕО). Низкая околоземная орбита определяется как область пространства вокруг Земли на высоте от 160 до 2000 км, в которой работает большое количество активных спутников. Это вызывает существенный эксплуатационный риск, начиная от необходимости выполнения маневров уклонения и заканчивая дефектами или даже уничтожением космического корабля из-за столкновения с обломками, которые при орбитальных скоростях около 7,5 км/с могут нанести значительный ущерб.
По оценкам НАСА, в настоящее время вокруг Земли вращается около 21 000 кусков космического мусора размером больше мяча для софтбола, который может повредить спутник или космический корабль.
По мнению экспертов, проблема будет усугубляться. К 2025 году ежегодно будет запускаться до 1100 спутников. По прогнозам, в течение следующего десятилетия число спутников, вращающихся вокруг Земли, увеличится в пять раз.
Приблизительно 8800 тонн объектов, оставленных людьми в космосе, становятся опасными. Промахи в наши дни — обычное дело. В сентябре 2019 г., произошел один близкий промах между спутником SpaceX Илона Маска и одним спутником Европейского космического агентства.
Рис. 2: Lockheed Martin объявила о строительстве космического забора на Маршалловых островах в центральной части Тихого океана для отслеживания и идентификации космических объектов
Но до сих пор произошло только одно крупное столкновение. В 2009 году американский спутник Iridium 33 и российский спутник Cosmos 2251 потерпели крушение, уничтожив оба над северной Сибирью. В январе 2020 года было обнаружено, что спутнику, управляемому AT&T DirecTV, угрожает опасность взрыва, и его необходимо переместить, иначе он может повредить другие спутники.
В апреле 2020 года Федеральная комиссия по связи США проголосовала за требование большего раскрытия информации от спутниковых операторов, запрашивающих лицензии, но отказалась вводить какие-либо новые законы, регулирующие удаление орбитального мусора. Космический мусор становится одной из главных угроз доступному и безопасному исследованию и эксплуатации космоса.
Справочная информация
Кто-то может спросить: «Что такое орбитальный мусор?» Хотя космический мусор не виден в небе, за облаками и дальше, чем может видеть глаз, он выходит на низкую околоземную орбиту (НОО), которая превратилась в орбитальную космическую свалку. На НОО летают миллионы кусков космического мусора. Большая часть орбитального мусора состоит из созданных человеком объектов, таких как части космического корабля, крошечные пятна краски от космического корабля, части ракет, спутников, которые больше не работают, или взрывы объектов на орбите, летающих в космосе на высоких скоростях.
Большинство космического мусора движется очень быстро и может развивать скорость до 28 000 км в час, что почти в семь раз превышает скорость пули. Из-за скорости и объема мусора на НОО текущие и будущие космические услуги, исследования и операции представляют угрозу безопасности людей и имущества в космосе и на Земле.
Международных космических законов по уборке мусора на НОО не существует. Убирать космический мусор очень дорого. Программа NASA по орбитальному мусору официально началась в 1979 году в Отделении космических наук Космического центра Джонсона (JSC) в Хьюстоне, штат Техас. Программа ищет способы уменьшить количество мусора на орбите и разрабатывает оборудование для отслеживания и удаления мусора, уже находящегося в космосе.
Рис. 3: ClearSpace-1 станет первой космической миссией по удалению обломков с орбиты, запуск которой запланирован на 2025 г. Миссия закупается в рамках контракта на обслуживание с коммерческим консорциумом, возглавляемым стартапом, чтобы помочь создать новый рынок для обслуживания на орбите и удаления мусора
В ближайшие годы количество спутников увеличится на порядок, при этом на НОО запланировано создание нескольких мегасозвездий, состоящих из сотен или даже тысяч спутников, для обеспечения широкого покрытия, телекоммуникации с малой задержкой и услуги мониторинга.
Ответственность за космический мусор несет не одна страна, а ответственность каждой космической державы. Пространство вокруг нашей планеты заполнено мусором. Пора выносить мусор!
Инновационные стратегии
Компания Lockheed Martin объявила о строительстве космического забора на Маршалловых островах в центральной части Тихого океана для отслеживания и идентификации космических объектов. Astroscale, частная японская компания, чья миссия состоит в очистке космического мусора, возглавляет работу по очистке наших космических путей. В настоящее время японская компания работает с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) над реализацией проекта агентства по коммерческому удалению мусора (CRD2).
Миссия JAXA планирует завершить свою первую фазу к концу 2022 года. Цель миссии — запустить спутник, который будет наблюдать и собирать данные о верхней ступени ракеты, которую вторая фаза будет пытаться вывести с орбиты. Идея состоит в том, чтобы выяснить, как обломки перемещаются в пространстве, и организовать безопасное и успешное удаление.
Northrop Grumman запустила свой первый космический корабль Mission Extension Vehicle (MEV-1) в 2019 году, чтобы доказать, что он может перехватывать падающие спутники, отключать их от движения, ремонтировать и возвращать на орбиту. Швейцарский стартап ClearSpace, тем временем, имеет более конкретную цель: снять 100-килограммовый адаптер средней полезной нагрузки Vega (Vespa) с верхней ступени ракеты, находящейся на орбите около 645 км (400 миль) над Землей.
Это планируется сделать в 2025 году. «Преследователь» ClearSpace-1 будет запущен на более низкую 500-километровую орбиту для ввода в эксплуатацию и критических испытаний, а затем будет поднят на целевую орбиту для встречи и захвата с помощью четырех роботизированных манипуляторов под наблюдением ЕКА. . Затем объединенный преследователь и Vespa будут выведены с орбиты, чтобы сгореть в атмосфере.
По словам доктора Хольгера Крэга, главы отдела программы космической безопасности Европейского космического агентства, агентство рассматривает возможность использования лазеров для мягкого сталкивания объектов с траектории.
Крис Блэкерби, главный операционный директор группы и директор Astroscale в Японии, сказал: «Я думаю, что идея о том, что космический мусор представляет собой активную угрозу для нашего нынешнего количества спутников, получает все более широкое признание».
Ученый НАСА Дональд Кесслер утверждал, что взрывающаяся цепочка космического мусора может сделать исследование космоса и использование спутников невозможным для поколений. Страх в том, что мы дойдем до уровня неустойчивости орбиты.
Активная миссия по удалению мусора, в случае успеха, имеет положительный эффект (снижение риска) для всех спутников в одном и том же орбитальном диапазоне. Это может привести к дилемме: у каждой заинтересованной стороны есть стимул откладывать свои действия и ждать реакции других. Это делает удаление космического мусора интересной стратегической дилеммой. Поскольку все действующие лица находятся в одной и той же среде, действия одного потенциально могут оказать непосредственное и будущее влияние на всех остальных.
Это порождает социальную дилемму, когда выгоды от индивидуальных инвестиций распределяются между всеми, а затраты — нет.
Чтобы противостоять этому риску, в недавно запущенных спутниках реализованы стратегии смягчения последствий.
После конкурса консорциум во главе со швейцарским стартапом ClearSpace — дочерней компанией, созданной опытной командой исследователей космического мусора из исследовательского института Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) — представил свое окончательное предложение.
«Сейчас подходящее время для такой миссии», — говорит Люк Пиге, основатель и генеральный директор ClearSpace. «Проблема космического мусора стоит как никогда остро. Сегодня у нас около 2000 живых спутников в космосе и более 3000 вышедших из строя.
«Очевидна необходимость в «эвакуаторе» для удаления неисправных спутников из этого загруженного региона».
На конференции Space19+, которая состоялась в Севилье, Испания, Совет министров ЕКА согласился заключить контракт на обслуживание с коммерческим поставщиком для безопасного удаления неактивного объекта, принадлежащего ЕКА, с НОО.
При поддержке новой программы ЕКА по космической безопасности цель состоит в том, чтобы внести активный вклад в очистку космоса, а также продемонстрировать технологии, необходимые для удаления мусора.
«Даже если завтра все космические запуски будут остановлены, прогнозы показывают, что общее количество орбитального мусора будет продолжать расти, поскольку столкновения между объектами порождают новые обломки в каскадном эффекте», — говорит Луиза Инноченти, возглавляющая инициативу ЕКА «Чистый космос». «Нам необходимо разработать технологии, чтобы избежать образования новых обломков и удаления уже имеющихся обломков».
Исследования НАСА и ЕКА показывают, что единственный способ стабилизировать орбитальную среду — активно удалять крупные обломки. Миссия ClearSpace-1 будет нацелена на верхнюю ступень Vespa (Vega Secondary Payload Adapter), оставшуюся на орбите высотой примерно 800 км на 660 км после второго полета ракеты-носителя Vega в 2013 году.
При массе 100 кг Vespa близка по размеру. до небольшого спутника, в то время как его относительно простая форма и прочная конструкция делают его подходящей первой целью, прежде чем переходить к более крупным и сложным захватам в последующих миссиях — в конечном итоге включая захват нескольких объектов.
Другие новаторские концепции
Существует много возможных способов снижения опасности попадания космического мусора в будущие космические операции. Нет недостатка в концепциях по очистке мусора, оставленного на орбите, даже если некоторые из них кажутся надуманными. Вот обзор некоторых из предлагаемых идей по очистке космического мусора.
Рис. 4: Удаление космического мусора за счет двунаправленного выброса импульса со спутника
На рис. 4 показана новая концепция удаления космического мусора за счет двунаправленного выброса импульса со спутника. Когда плазма, несущая потоки импульса F1 и F2, выбрасывается из двух аксиально противоположных выходов спутника, соответствующие силы, показанные горизонтальными стрелками F1 (указывающими влево и обеспечивающими ускорение спутника относительно орбитальной скорости) и F2 (обеспечивающими замедление) генерируются и используются для корректировки скорости спутника относительно мусора.
Непрерывное сообщение осколку потока импульса F1 (горизонтальная стрелка F1, указывающая вправо) вызовет его торможение, окончательный вход в атмосферу Земли и естественное выгорание.
Утилизация спутников
Вместо того, чтобы просто выбрасывать космический мусор, некоторые мертвые спутники могут быть «добыты» другими спутниками для получения пригодных для использования компонентов. План Феникса DARPA может создать новую технологию, позволяющую собирать некоторые ценные компоненты со спутников на так называемых «кладбищных» орбитах. План будет работать над созданием наноспутников, которые будут дешевле в запуске и смогут завершить свою собственную конструкцию, зацепившись за существующий спутник на орбите кладбища и используя необходимые ему детали.
Космические мусоровозы
Агентство перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) инвестирует средства в электродинамический мусороуборщик, или EDDE, космический «мусоровоз», оснащенный 200 гигантскими сетками, которые можно растянуть для сбора космического мусора.
. Затем EDDE может либо сбросить мусор обратно на Землю, чтобы он приземлился в океане, либо вытолкнуть объекты на более близкую орбиту, что удержит их на пути нынешних спутников, пока они не распадутся и не упадут обратно на Землю.
Самоуничтожающиеся спутники-уборщики
Швейцарские исследователи из Федерального технологического института разработали небольшой спутник под названием CleanSpace One, который может находить космический мусор и затем цепляться за него щупальцами, похожими на медуз. Затем устройство упадет обратно к Земле, где и спутник, и космический мусор будут уничтожены теплом и трением при входе в атмосферу.
Гигантские лазеры
Использование мощных импульсных лазеров на Земле для фокусировки струй плазмы на космическом мусоре может привести к тому, что они немного замедлятся, а затем снова войдут и либо сгорят в атмосфере, либо упадут в океаны. «Этот метод называется лазерным удалением орбитального мусора (LODR), и он не потребует разработки новой технологии — он будет использовать лазерную технологию, которая существует уже 15 лет.
Это было бы относительно дешево и легкодоступно». Самая большая проблема, кроме увеличения количества мусора в океанах, — это предполагаемая цена объекта в 1 миллион долларов.
Космические шары
Устройство для опускания Gossamer Orbit, или система GOLD, использует ультратонкий воздушный шар (тоньше пластикового пакета для сэндвичей), который надувается газом до размера футбольного поля, а затем прикрепляется к большим кускам космический мусор. ЗОЛОТОЙ воздушный шар увеличит сопротивление объектов настолько, что космический мусор попадет в атмосферу Земли и сгорит. Если система заработает, она может ускорить возвращение некоторых объектов с пары сотен лет до нескольких месяцев.
Стена воды
Еще одна идея по очистке космического мусора, предложенная Джеймсом Холлопетером из GIT Satellite, заключается в запуске в космос ракет, наполненных водой. Ракеты выпустят свою полезную нагрузку, чтобы создать стену воды, в которую орбитальный мусор врежется, замедлится и упадет с орбиты.
Утверждается, что систему баллистической орбитальной эвакуации можно привести в действие недорого, запустив воду на снятые с вооружения ракеты.
Космические капсулы
Российская космическая корпорация «Энергия» планирует построить космическую капсулу, которая будет сбрасывать мусор с орбиты и возвращаться на Землю. Говорят, что капсула использует ядро ядерной энергии, чтобы поддерживать ее в течение примерно 15 лет, пока она вращается вокруг Земли, сбивая с орбиты вышедшие из строя спутники. Обломки либо сгорят в атмосфере, либо упадут в океан. Утверждается, что он очистит пространство вокруг Земли всего за десять лет, собрав около 600 мертвых спутников (все на одной геостационарной орбите) и погрузив их в океан.
Липкие стрелы
Компания Altius Space Machines в настоящее время разрабатывает систему роботизированных манипуляторов, которую она называет «липкой стрелой», которая может выдвигаться на расстояние до 100 метров и использует электроадгезию для создания электростатических зарядов на любом материале (металле, пластике, стекле).