Авиация и космонавтика

Космический мусор – угроза безопасности космических полетов


КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР – УГРОЗА БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ

                                 Д.В.Маринин
  Аэрокосмический лицей на базе Национального аэрокосмического университета
                          им. Н.Е.Жуковского «ХАИ»

К третьему тысячелетию человечество  активно  изучает  и  исследует  космос.
Число космических полетов растет, но  они  постоянно  вталкиваются  с  рядом
проблем. Одной из таких проблем – проблем экологии космоса, является  вопрос
об его загрязненности объектами так называемого космического мусора.
Космический  мусор  –  все  антропогенные  объекты,  которые  находятся   на
околоземной орбите или  возвращаются  в  атмосферу,  включая  фрагменты  или
части тех объектов, которые закончили свое активное существование.
Чтобы уменьшить угрозу столкновений космические аппараты  совершают  маневры
отклонения, а это – дополнительный расход топлива и ряд  других  сложностей.
По  расчетным  данным  Международная  космическая  станция  будет  вынуждена
дважды в год  совершать маневры, уклоняясь от опасных объектов.
Степень    влияния    загрязненности    космического     пространства     на
функционирование  космических  систем   определяется   четырьмя   факторами:
временем нахождения на орбите, районами по  предположению,  высотой  орбиты,
наклоном  плоскости  орбиты.  Для  примерного  представления   об   объектах
загрязнения космического пространства, разрабатывают  математические  модели
его  засоренности.  Они  описывают  распределение  загрязняющих  объектов  в
пространстве,  их  движение  и  физические  характеристики  (размер,  массу,
плотность и др.). Разрабатываемые модели бывают  двух  видов:  краткосрочные
(период до  10  лет)  и  долгосрочные  (до  100  лет).  Модели  засоренности
принимают  во  внимание  рост  числа  орбитальных  объектов   в   результате
запусков,  маневрирование  (засоренность,  связана  с  включением   ракетных
двигателей твердого топлива), разрушение (взрывы и столкновения) т.д.  Кроме
того,  целью  долгосрочных  моделирований   является  составление  прогнозов
количества объектов как функции времени. Тенденции, установленные на  основе
долгосрочных моделей, заключаются в следующем:
Если космические полеты будут проходить также, как и раньше,  то  в  будущем
загрязнение  космического  пространства   ускориться   из-за   столкновений,
связанных с увеличением массы на орбите.
Фрагменты мусора, образовавшиеся после взрывов, могут стать в ХХI веке  (как
и в данное время) одним из главных источников загрязнения.
Фрагменты,  образовавшиеся  в  результате  столкновений,   могут   порождать
следующие загрязнения, это приведет к росту загрязненности в  геометрической
прогрессии.
Избежать  этого  можно  путем  уменьшения  нагрузки  на  нижнюю  околоземную
орбиту. Также проблема состоит в возращении в  атмосферу  Земли  космических
объектов. За последние 40 лет их отмечено более 16000. В  течение  последних
5-ти лет примерно раз в неделю  происходит попадание в атмосферу  объекта  с
площадью поперечного сечения около 1м2. Вхождение того или иного  объекта  в
атмосферу связано не  только  с  опасностью  механического  удара,  но  и  с
возможностью химического либо радиологического заражения окружающей среды.
Мероприятия по уменьшению загрязненности и защите от космического мусора
В настоящее время около 12%  всего  каталогизированного  комического  мусора
составляют объекты, которые отделяются в процессе штатной процедуры  запуска
спутников на орбиту и дальнейшей их эксплуатации. В основном  это  крепежные
детали, заглушки и т.д.  Мероприятия  по  уменьшению  загрязненности  такими
объектами  принимать  относительно   нетрудно,   как   технически,   так   и
экономически. В  тоже  время  возможны  ситуации,  когда  отделение  деталей
безвыходно  из-за  технических  причин.  В  ходе  полета  может  происходить
неспециальное  образование  мелкого  мусора:  выбросы  шлаков   при   работе
двигателей на твердом топливе, отделение частиц  краски  вследствие  эрозии,
вытек  теплоносителя  и  т.п.  Необходимо  принимать  меры  по    уменьшению
процесса образования мелкого мусора. Осколки,  образовавшиеся  в  результате
разрушения  КА,  составляют  43%  состава   орбитальных   объектов   и   85%
космического  мусора  размером  более  5см.  Основной  причиной   разрушения
космических аппаратов являются взрывы и столкновения. Анализ  разрушения  КА
показал,  что  спуск  с  орбиты  либо  пассивация  (выброс  энергии)   после
реализации  космическим  аппаратом  своей  задачи  позволяет   предотвратить
большую часть таких случаев. К числу эффективных мер можно отнести  сжигание
или продувание неиспользованного топлива, разрядку  аккумуляторных  батарей,
освобождение жидкостей из-под давления. Вероятность случайного  столкновения
КА на околоземной орбите хотя и не значительна, но все-таки  есть.  Примером
такого  случая  было  столкновение  осколка,  образовавшегося  в  результате
взрыва верхней ступени ракеты-носителя «Ариан»,  с  действующим  французским
спутником CERISE, в результате была нарушена  его  работоспособность.  Можно
сказать, что увеличение  числа  и  размеров  спутников  на  орбите  ведет  к
повышению  вероятности  столкновений.  Что   касается   спутников,   которые
заканчивают  свою  программу,  то   значительному   уменьшению   вероятности
столкновений будет влиять их перевод на нижнюю орбиту  или  контролированное
возвращение в атмосферу.
С  точки   зрения   на   современный   уровень   засоренности   околоземного
пространства, следует применить концепции прямой и непрямой  защиты.  Защита
от  частиц  размером  0,1-1  см  может  осуществляться  за  счет  применения
экранных  конструкций.  Защита  от   частиц   размером   более   1см   может
осуществляться за счет  принятия  специальных  мер  при  проектировании  КА,
заключающихся  в  расположении  жизненно  важных  систем  в  так  называемых
мертвых зонах относительно направления удара потоком  мусора.  Что  касается
экранных конструкций, то они бывают разного типа: это и простые  одношаровые
выносные  экраны,  размещающиеся  перед   корпусом   аппарата,   и   сложные
многошаровые   конструкции  из  металла  и   керамики.    Также   ориентируя
определенным образом космический корабль, космонавты могут использовать  его
в качестве экранной защиты. Такая практика уже  применялась  на  орбитальной
станции «Мир». Для кораблей «Шаттл» орбитальная степень ориентируется  таким
образом, чтоб его хвостовая часть была  повернута  в  направление  движения.
Работы в космосе происходят таким образом,  чтоб  космонавты  были  защищены
корпусом станции.

Одной из важнейших мер по уменьшению  засоренности  является  информирования
об опасностях, связанных с загрязненностью космического  пространства  и   о
многочисленных  источниках  образования  космического  мусора.  Экономически
оправданным является применения мер  по  уменьшению  загрязнения  на  ранних
стадиях  конструирования  КА.  С  использованием  долгосрочных  имитационных
моделей  космической  среды  ведется  работа  для  оправдания  эффективности
разных сценариев  и  затрат  связанных  с  их  использованием.  Исследования
позволяют оценить, какое влияние оказывает  разного  рода  практика  в  этой
области. Также проблема столкновений и взрывов связана  с  неконтролируемыми
запусками  различных  космических  аппаратов.  Для  решения  этой   проблемы
необходимо установить контроль за материалами, технологиями  производства  и
запуска космических аппаратов. Во избежание столкновений  КА,  что  является
основой   появления   крупных   частей    мусора,    целесообразно    ввести
прогнозируемые  расчеты  для   установления   безопасных   стартовых   окон,
исключающих пересечение траектории  полета  КА  с  пилотируемыми  кораблями,
находящимися на орбите.
В короткосрочной перспективе наибольшую  пользу  может  принести  исключение
случайных взрывов КА.  Эффективной  мерой  предотвращения  таких  разрушений
является пассивация аппаратов  в  конце  программы  полета.  В  долгосрочной
перспективе при отсутствии  мероприятий  по  уменьшению  засоренности  из-за
нагромождения объектов на орбите может значительно  возрасти  опасность  для
проведения космических  операций  в  области,  как  низкой,  так  и  высокой
околоземной орбиты. Мероприятия по снижению загрязненности и защиты  космоса
могут влиять на конструкции КА, их стоимость  и  эксплуатацию.  Экономически
выгоднее  предвидеть   и   внедрить   эти   изменения   на   ранних   этапах
проектирования и производства КА и ракетоносителей.
Хотелось бы добавить, что загрязненность космоса с каждым  годом  продолжает
расти, в связи с этим растет риск столкновений причиняющих  повреждения  КА.
Поскольку с помощью существующих технологий тяжело решить  задачу  улучшения
состояния космической  среды,  разумным  шагом  по  сохранению  космического
пространства для будущих поколений в настоящее время есть  принятие  мер  по
уменьшению загрязненности.



смотреть на рефераты похожие на "Космический мусор – угроза безопасности космических полетов "