В настоящее время проблеме загрязнения окружающей среды уделяется много внимания. Но вместе с этим есть ещё одна экологическая проблема - это загрязнение околоземного космического пространства. В работе раскрываются такие вопросы как: возникновение проблемы космического мусора, причины взрывов космической техники, опасность космического мусора, возможности его наблюдения, международная активность по проблеме космического мусора.
Вложение | Размер |
---|---|
referat_ekologiya_i_kosmos.doc | 987.5 КБ |
- -
Содержание
Состояние озонового слоя над Россией.
Возникновение проблемы космического мусора
Причины взрывов космической техники.
Международная активность по проблеме КМ
Всё взаимосвязано со всем. А значит, и шага нельзя ступить, не задев, а порой и не нарушив чего-либо из окружающей среды. Атомная энергетика и ракетно-космическая техника стали неотъемлемой частью хозяйственной деятельности человека. На долю атомных электростанций приходится сегодня 17% от общей мировой выработки электроэнергии, а в некоторых странах, например во Франции, АЭС вырабатывают более 65% потребляемой электроэнергии. Немыслим современный мир и без средств космической связи, телевидения, навигации, метеорологии, исследования природных ресурсов Земли.
Термин «космос» происходит от греческого слова kosmos – мир, Вселенная. Понятие «экология космоса» можно определить как совокупность научных и практических проблем, связанных с эксплуатацией ракетно-космической техники и её влиянием на окружающую среду.
Характерной особенностью развития энергетики и техники является их связь с глобальными проблемами экологии. Атомная энергетика сберегает ценное сырье – органическое топливо (нефть, уголь, газ, древесину), запасы которого весьма ограниченны, в то время как современная земная энергетика, ориентированная в основном на его потребление (сжигание), неизбежно ведет к расходованию кислорода и увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере со всеми вытекающими из этого последствиями. По существующим оценкам, к концу века ежегодно вследствие этого будет теряться примерно 20% кислорода по отношению к продуцируемому в естественных условиях.
Космонавтика уже сегодня позволяет осуществлять глобальный контроль за антропогенными изменениями природной среды, рациональным использованием природных ресурсов, способствует развитию «безотходных, энергосберегающих технологий и в перспективе за счет космической индустрии обеспечит экологическую разгрузку Земли.
Но одновременно рост масштабов атомной энергетики и интенсивное освоение околоземного космоса могут привести к весьма ощутимым воздействиям на окружающую среду, последствия которых трудно предсказать. Вслед за освоением водных просторов и атмосферы неизбежным было проникновение человека в космос, которое привело к возникновению новых научных направлений – космической геодезии, биологии и медицины, космохимии, космического мониторинга и, конечно, космической экологии ( См. приложение. Рис.1).
Космическая техника открывает возможности по-новому поставить изучение нашей планеты. Спутники обеспечивают точность работы навигационных систем во всём мире, а космические системы позволяют функционировать спутниковому телевидению, прогнозировать погоду, разведывать полезные ископаемые и т. п. Да, от развития космических технологий человечество получило большую пользу, но с другой стороны и вред. А именно загрязнение космического пространства. Околоземное космическое пространство (ОКП) представляет собой внешнюю газовую оболочку, которая окружает планету. Оно играет огромную роль в сложнейших солнечно-земных взаимосвязях, определяющих условия жизни на Земле. Антропогенные воздействия на ОКП, связанные с началом космической эры, весьма опасны. Ближний космос, или ОКП, уязвимее, нежели другие среды, поскольку количество вещества в нем неизмеримо меньше, а энергетика процессов гораздо слабее по сравнению с тропосферой, а тем более гидро- и литосферой. Выделяют следующие виды воздействия человека на эту среду:
1) выброс химических веществ вследствие работы двигателей ракет;
2) создание энергетических и динамических возмущений в результате полетов ракет;
3) загрязнение твердыми фрагментами, космическим мусором;
4) электромагнитное излучение радиопередающих систем;
5) радиоактивное загрязнение и жесткое излучение от ядерных энергетических установок, используемых на космических аппаратах;
Одним из наиболее опасных загрязнений является механическое.
Отрицательное значение техногенных воздействий на окружающую среду происходит уже на этапе выведения ракет на орбиту.
Любой космодром – это зона повышенной опасности. Почвы загрязнены солями тяжёлых металлов ( хром, никель, марганец, цинк) и органическими соединениями (нефтепродукты, этиленгликоль). Грязь из почвенного слоя преобразуется в пыль и попадает в водоёмы, действуя негативно на растительность, рыб, других обитателей, накапливаясь в донных отложениях. Туда же попадают поверхностные сточные воды.
На космодроме соседствуют горючие и воспламеняющиеся компоненты ракетных топлив и источники воспламенения в виде искр. Кроме того, ракетное топливо весьма токсично. Поэтому безопасности лиц, обслуживающих космодромы, предстартовую подготовку, сам старт, а также космонавтов, уделяется особое внимание. Главное на космодроме – защитные технические сооружения.
Шумы техногенного происхождения вредно воздействуют на человека. Они вызывают расстройства в деятельности нервной и эндокринной систем, желудочно-кишечного тракта, вестибулярного аппарата. Зона воздействия шума уменьшается лесопосадками.
Даже запуск ракеты сказывается негативно на состоянии окружающей среды. Отработанные газы отравляют биосферу, прохождение ракеты в атмосфере влияет на её состав и движение, возвращение ступени ракеты создаёт угрозу живым существам. Космос всё больше засоряется космическим металлоломом
Первый искусственный спутник Земли (ИСЗ) был запущен в СССР в 1957 г
Один из пионеров космонавтики Ю.В.Кондратюк написал в 1929 г. о задачах освоения космоса[1]: это – «возможность получить новые знания, в том числе – что-либо непредвиденное; возможность использовать вещества с других планет; для улучшения жизни на Земле». (См. приложение. рис 2).
В самом деле, сегодня трудно представить себе развитие цивилизации без искусственных аппаратов в космосе. Они открыли человечеству уникальную возможность получения научных знаний о Вселенной: проведены прямые исследования поверхностей некоторых планет, их спутников и комет, исследуется Земля из космоса, изучается космическими аппаратами Солнце, изучаются особенности поведения человеческого организма в космосе (в целом враждебном для человека) и т.д. Космические аппараты приносят человечеству и практическую пользу в качестве метеорологических, телекоммуникационных, навигационных и других службах.
Озоновый слой
Вопросам разрушения озонового слоя Земли уделяется большое внимание.
Озоновый слой, несмотря на малые размеры, играет огромную роль в сохранении жизни на Земле. Он поглощает наиболее жёсткую и опасную часть ультрафиолетового излучения, которое губительно действует на все виды бактерий и планктона, т. е. на основание всей биологической пирамиды. Нарушение первичного элемента экопирамиды вызовет гибель морской флоры и фауны. Фитопланктон перерабатывает углекислый газ и высвобождает чистого кислорода больше, чем все леса планеты. Уменьшение фитопланктона приведёт к тому, что в атмосфере будет оставаться лишний углекислый газ и Земля задохнётся.
Проводя космический мониторинг атмосферного озона Ф.С.Ортенберг и Ю.М.Трифонов указывали[2], что от воздействия ультрафиолетового излучения происходят мутации флоры и фауны, сельскохозяйственных культур и домашних животных, нарушается иммунная система человека, увеличивается рост раковых, инфекционных и вирусных заболеваний. Всё это происходит потому, что жизнь на планете адаптирована только к мягкому спектру ультрафиолетового излучения Солнца.
Уменьшение озонового слоя приведёт к увеличению нагрева Земли, усилению ветра, наступлению пустынь и резкому изменению климата.
При запуске ракет в атмосферный газ выбрасывается большое количество молекул воды, они разрушают озоновый слой, а в ионосфере образуются дыры диаметром в сотни километров. Под озоновой дырой понимают пространство в ионосфере, характеризующееся понижением концентрации озона. Так как воды на больших высотах нет, то даже сам факт её появления в ионосфере становится фактом загрязнения природной среды и нарушением естественного равновесия. Могут возникнуть искусственные облака и зоны пониженной плотности, что вызывает нарушение связи. Наблюдаются также аномальные свечения.
Разрушение озонового слоя, при запусках космических ракет, образование озоновых дыр совпадает с началом полётов «Шаттлов». В результате полётов «Шаттла», стратосферных самолётов, запусков ракет и использования фреонов к настоящему времени произошло истощение озонового слоя на 8-9%. Трёхсот запусков «Спейс шаттла» достаточно, чтобы полностью уничтожить озоновый слой Земли.
Полное исчезновение озонового слоя означало бы полное прекращение высших форм жизни на планете. Потому сохранение озонового слоя – глобальная задача человечества.
Однако до сих пор действующих средств защиты озонового слоя от воздействия ракетоносителей, от выбросов продуктов сгорания ракетного топлива в атмосферу пока нет.
Состояние озонового слоя над Россией.
По данным наблюдений за общим содержанием озона (ОСО) сетью наземных озонометрических станций Росгидромета и станций других стран СНГ и Латвии, а также измерений прибором Томс со спутника Метеор – 3 практически весь период с марта 1995г. по февраль 1996г. характеризуется наиболее спокойным состоянием полей над территорией СНГ по сравнению с предыдущим годом. Среднемесячные значения ОСО изменялись относительно климатических норм в целом на 5 –20%. В марте 1995г. среднемесячное значение ОСО к северу от 600 с. ш. были ниже климатических норм на 15 – 20% , над всей остальной территорией понижение составляло только 5 – 10% , а над районами Дальнего Востока и Камчатки значение ОСО близки к многолетним. В апреле среднемесячные значения ОСО над всей территорией СНГ было ниже нормы на 5 – 10% . В мае понижение среднемесячных значений ОСО близки к многолетним средним западнее 600 в. д. И отклонились на –5% восточнее. В июле отклонения среднемесячных значений озона от многолетних средних на – 5% наблюдались над Средней Азией, Восточной Сибирью, Приморьем и Камчаткой. В третьей декаде в отдельные дни над некоторыми районами ежедневные значения отклонялись от климатических норм до – 15%, что не превышало порога аномальности (2,5 стандартного отклонения). В сентябре над Украиной среднемесячные значения ОСО близки к норме, а над остальной территорией СНГ отмечалось отклонение на 5 – 9%. В ноябре отклонения средних ОСО составляли –5%над Уралом, Сибирью, Дальним Востоком. В декабре отклонения среднемесячных значений ОСО от климатических норм составили 5 –10% над Дальним востоком, Камчаткой, Сахалином. В январе 1996г. среднемесячные значения ОСО были ниже нормы над всей контролируемой территорией и составили 5 –15% с максимумом над центральной частью Сибири. (См. приложение рис 3)
За период с 1по 28 февраля 1996г. среднемесячные значения ОСО над всей контролируемой территорией были существенно ниже нормы. Набольшие отклонения среднемесячных значений от климатических норм наблюдались над районами центральной Сибири и Якутии, где они достигли –25%. (См. приложение рис. 4)
Таким образом, за период с марта 1995г. по февраль 1996г. для средних и высоких широт северного полушария отсутствовали столь глубокие и продолжительные отрицательные аномалии ОСО как весной 91/92 и 92/93 гг.
Участие России в решении проблемы стратосферного озона обусловлено её международными обязательствами, вытекающими из венской конференции о защите озонового слоя Земли (1985г.), Монреальского протокола о веществах разрушающих озоновый слой (1987г.) ратифицированного Российской федерацией в 1993г. В 1994г. РФ ратифицировала рамочную конвенцию ООН об изменении климата, конечная цель которой заключалась в стабилизации концентрации парниковых газов на условиях, не оказывающих опасного воздействия на глобальную климатическую систему.
Возникновение проблемы космического мусора
За 50 лет космической деятельности было осуществлено около 5000 запусков почти 6000 спутников, из которых к настоящему времени управляемыми остается лишь небольшая их часть.
Общая накопленная масса объектов искусственного происхождения в околоземном пространстве близка к 6000 тоннам. (См. приложение. рис. 5).
По мере увеличения космической активности (реально в конце 80-х годов) начали осознавать новую и неожиданную проблему появления техногенного космического мусора. Падение Протона, российской ракеты-носителя, подняло новый виток обсуждений этой темы. На момент падения в Протоне оставалось порядка 218 тонн 978 килограммов токсичного топлива – гептила. Растворившееся в воздухе вещество образовало ядовитое облако.
Подобные выбросы сотен тонн ядовитого топлива — не единичный случай. И даже если бы старт прошел успешно, все равно часть вредных веществ попала бы в атмосферу. Так, каждый раз после запуска ракеты с космодрома Байконур над некоторыми районами Сибири и Алтая падают ракетное топливо и обломки стартовых двигателей. Если ракеты Союз работают на сравнительно безвредной смеси керосина и жидкого кислорода, то ракеты Протон — на гептиле, вдыхание паров которого может вызвать заболевания крови, печени и нервной системы. Количество гептила, падающего на землю, исчисляется многими-многими тоннами, а площадь загрязненной территории составляет, по оценке независимых экспертов, порядка 100 миллионов гектаров. Между тем, по данным Всемирной организации здравоохранения, гептил является веществом первого класса опасности и даже в малых дозах вызывает тяжелые отравления.
« Подобные выбросы сотен тонн ядовитого топлива — не единичный случай. И даже если бы старт прошел успешно, все равно часть вредных веществ попала бы в атмосферу»[3].
Так, каждый раз после запуска ракеты с космодрома Байконур над некоторыми районами Сибири и Алтая падают ракетное топливо и обломки стартовых двигателей. Если ракеты Союз работают на сравнительно безвредной смеси керосина и жидкого кислорода, то ракеты Протон — на гептиле, вдыхание паров которого может вызвать заболевания крови, печени и нервной системы. Количество гептила, падающего на землю, исчисляется многими-многими тоннами, а площадь загрязненной территории составляет, по оценке независимых экспертов, порядка 100 миллионов гектаров. Между тем, по данным Всемирной организации здравоохранения, гептил является веществом первого класса опасности и даже в малых дозах вызывает тяжелые отравления.
С дальнейшим развитием космонавтики проблема загрязнения окружающей среды становится все острее. Ведь даже то, что долетает до околоземной орбиты (к счастью, это большинство спутников и ракет) не вечно, и, отслужив свое, тоже должно куда-то падать, угрожающе лавируя среди исправных космических аппаратов и сгорая в плотных слоях атмосферы. Или не сгорая?
Во многих научно-фантастических романах и рассказах вновь, как кошмарный сон, возникает все тот же старый сюжет: ужас в глазах астронавтов, какая-то глыба мчится на нас, отчаянные маневры, виртуозный пируэт корабля по мановению руки хладнокровного пилота и — о, чудо! — случайный космический снаряд, этакий межпланетный айсберг, остался далеко позади. Но фантастический репертуар беллетристов скоро, пожалуй, пополнит реальную практику управления космическими кораблями — уж слишком много объектов кружит возле нашей планеты, и столкновения с этими льдинками далеко не так безобидны, как может показаться на первый взгляд. Речь идет именно о льдинках — не о крупных астероидах и кометах, которые ведь не пересекают околоземный фарвакуум кораблей и спутников. Речь идет о... следах нашего пребывания в космосе, о фрагментах конструкций космических аппаратов, которые давно вышли из строя, но все еще снуют вокруг Земли, угрожая действующим кораблям.
По подсчетам немецкого астронома Михаэля Освальда, в настоящее время на околоземной орбите находится свыше 330 миллионов (!) объектов, созданных руками человека, если учитывать только объекты диаметром более одного миллиметра. В основном это — мусор: брошенные спутники, сгоревшие ракетные двигатели, потерянные инструменты, крышки и колпачки, всевозможные крепежные элементы — замки, скобы, болты, которые высвобождаются, например, при отделении ракетных ступеней, — шлаки, выброшенные из твердотопливных двигателей, и, прежде всего, множество обломков оставшихся после взрыва крупных объектов, скажем, отслуживших свое спутников или ракет. Размер подавляющего большинство рукотворных объектов не превышает одного сантиметра.
Служба СССР (а теперь России) регулярно отслеживает около 9000 объектов.
По результатам наблюдений известно, что только 6% этой популяции искусственных объектов составляют управляемые, т.е., активно действующие спутники. Примерно 40% – вышедшие из строя по разным причинам (в том числе исчерпавшие свой энергетический ресурс) спутники, использованные и ставшие бесполезными ступени ракет-носителей, так называемые «операционные фрагменты» (крышки объективов, различные переходники, соединительные устройства и т.д.). Таких «операционных фрагментов» в процессе вывода на орбиту полезных грузов на орбите остается несколько десятков.
Оставшиеся 54% – это фрагменты разнообразного происхождения, которые начали регистрировать только в 60-х годах прошлого века. Основной источник их появления – это взрывы отслуживших свой срок космических аппаратов и верхних ступеней ракет-носителей. В настоящее время известно примерно о 200 взрывах. Следствием каждого из них является образование новой популяции фрагментов. Поскольку отслеживаются только достаточно крупные из них , то определить их общее количество невозможно. Количество тех, размеры которых превышают 1 см, оценивается примерно в 600 000, а количество более мелких частиц по приблизительной оценке близко к нескольким миллионам.
Причины взрывов космической техники.
Понятно, что основная причина появления такого количества мусора техногенного происхождения – это взрывы. Взрываются химические батареи, бортовые двигательные установки в уже неактивных аппаратах, неизрасходованное топливо в топливных баках ракет-носителей, давно и успешно выполнивших свои функции и оставшиеся в околоземном космическом пространстве.(См. приложение рис. 6).
В результате взрыва основной объект и вся его масса разлетается в виде бесчисленных фрагментов широкого спектра масс и сообщенных им скоростей. Эти взрывы и разрушения можно назвать самопроизвольными.
Известно о других, преднамеренных взрывах. Такие взрывы по команде с Земли проводились более 30 лет назад с целью отработки баллистического противоспутникового оружия в СССР и США. Каждый подрыв приводил к образованию облака орбитальных обломков пораженной цели в космосе.
После этих испытаний многие страны, включая Китай, обратились в ООН с протестами и предложили регламентировать подобные опыты в космосе.
Однако от этих первых испытаний было зарегистрировано лишь 736 обломков, из которых к настоящему времени на орбитах осталось лишь 40%. В то время вопрос об опасности техногенного засорения космоса еще не стоял так остро. К тому же, последние из той серии испытаний противоспутникового оружия отстреливали и разрушали цель уже при входе в плотные слои атмосферы, где образовавшиеся осколки тут же сгорали.
Позже Организация Объединенных Наций приняла резолюцию, регламентирующую такого рода деятельность.
Тем не менее, в январе 2007 года в результате испытания баллистического кинетического противоспутникового оружия был разрушен спутник «Фенгюн-1с». Образовалось облако из 35000 обломков величиной более 1 см, а 900фрагментов оказались достаточно крупными и были занесены в каталоги постоянно отслеживаемых объектов КМ. (См. приложение. Рис.7).
Высоты распространения этого мусора заняли орбиты длительного существования со средней высотой около 850 км (от 200 до 4000 км). Это облако сейчас считается самым опасным, образовавшимся с начала космической эры.
Чем опасен космический мусор?
В результате любого взрыва вместо одного объекта образуется облако фрагментов, которые получают дополнительные ускорения в произвольных направлениях. Вначале облако имеет высокую плотность и представляет собой постепенно расширяющийся эллипсоид, обращающийся по той же орбите, по которой двигался аппарат до взрыва. Затем фрагменты постепенно деформируются, расползаясь по орбите и превращаясь в тор с осью вращения, совпадающей с осью вращения Земли. Со временем этот тор охватывает всю Землю. Внутри тора фрагменты движутся по самым разнообразным траекториям, образуя вокруг Земли облако космического мусора в качестве составной части окружающей среды. (См. приложение рис.8).
Обломки, появившиеся на высотах менее 400 км, живут всего несколько лет, т.к. за счет естественного торможения частиц атмосферой происходит процесс самоочищения: часть фрагментов сгорает в атмосфере, а наиболее крупные из них выпадают на Землю. Нижние ступени ракет-носителей падают зачастую почти целиком. Случались падения самих спутников, не вышедших на заданную орбиту. Незадолго до входа в атмосферу, что обычно случается на высоте порядка 120 км, скорость падающего фрагмента бывает около 30000 км/час. Поверхности Земли достигают компактные и массивные аппараты. На поверхности Земли оказывается около 40% их массы.(См. приложение рис.9).
До сих пор ущерб, причиненный падениями техногенных объектов на поверхность Земли, можно считать локальным. Для контролируемого схода (случай станции Мир) идеально выбирать океан. Для неконтролируемых сходов с орбит в принципе можно спрогнозировать время и место падения, но для этого надо иметь достаточное количество наблюдений, модели прогнозирования орбиты, включающие аэродинамические и структурные особенности взрыва спутника и ступеней ракет-носителей, на основе модели составить прогноз орбиты каждого крупного фрагмента. Необходимо также иметь возможность идентификации падающего объекта и оценки потенциальной опасности для населения.(См. приложение рис.10)
Удары метеороидов и частиц космического мусора о космический аппарат могут оставлять на его поверхности отверстия микронного и миллиметрового размера и больше. Критический размер – 1 см, а удар 10-см объекта может стать причиной катастрофического разрушения цели. Разрушительная энергия появляется следствие высоких скоростей – для частиц техногенного мусора это скорости, достигающие порядка 15 км/сек, для метеороидов – порядка 70 км/сек.
Эффект от высокоскоростных соударений зависит от материала цели, скорости, угла наклона, массы и формы ударника.
В 1984 году была запущена на высоту 498 км специальная платформа с целью регистрации на ее поверхности следов соударений с фрагментами космического мусора и метеоритов. За более чем шестилетний срок пребывания на орбите на поверхности платформы было обнаружено более 8000кратеров и точечных следов. Исследование кратеров сразу же после возвращения платформы из космоса показало, что в околоземном пространстве удары метеороидного, т.е. естественного происхождения, доминируют над ударами техногенных объектов в области субмикронных размеров (0.1–1 мм), особенно во время сезонных интенсивных метеорных потоков. Все удары частиц более крупного размера принадлежат популяции космического мусора.
В 1996 году специальный детектор GORID, созданный специалистами Европейского космического агентства для изучения мелких фрагментов, был запущен на геостационарную орбиту на российском геостационарном спутнике связи»Экспресс-2″. В течение 5 лет работы регулярно фиксировались 2-3удара в сутки, но случалось зафиксировать и до 50 ударов в сутки.. (См. приложение рис.11).
Удары частиц регулярно отмечаются на солнечных батареях некоторых спутников, служащих в качестве детекторов. Один из внешних модулей США на МКС также служит этой задаче.
В настоящее время специалисты начали обсуждать проблему опасности столкновения действующих аппаратов с мусором. Некоторые события в космосе указывают на столкновения, как на возможные причины нарушения работы активных спутников.
Фрагмент размером около 1см, двигающийся по орбите вокруг Земли со скоростью около 10 км/сек, несет огромный запас кинетической энергии. Известно, что Международная космическая станция, имеющая специальные защитные бамперы, уже несколько раз была вынуждена совершать маневры уклонения от нежелательных столкновений. Известен также маневр американского спутника «Клауд-Сат» в июле 2007 г. с целью уклонения от столкновения с иранским спутником «СИНАХ-1».
24 июля 1996 года произошло первое зарегистрированное столкновение французского спутника «Церес» с обломками французской же ракеты-носителя «Ариан», которая уже несколько лет находилась в космосе.
10 февраля 2009 года в16-50 по Всемирному времени (UT) на высоте 790 км над Сибирью (72.51ºN/97.88ºE) столкнулись два спутника: неработающий «Космос-2251» (весом 892 кг) и действующий американский «Иридиум-33» (весом 661 кг). Скорость столкновения составила 11.6 км/сек. Поскольку высота 790 км лежит в районе высот наиболее популярных эксплуатируемых орбит, возникло много вопросов: как это могло случиться, какова опасность возникших фрагментов для других космических аппаратов, как избегать таких случаев, чтобы не возникало осложнений между государствами.
В результате этого столкновения образовалось порядка 500 фрагментов, отслеживаемых Службами контроля космоса.
С увеличением количества спутников вероятность таких событий будет неуклонно возрастать.
Еще одна неконтролируемая проблема засорения космического пространства, появившаяся в последние годы – увеличение микро- и наноспутников. На основе миниатюрных спутников строятся не только образовательные и коммерческие проекты. Появилась тенденция к созданию на их основе глобальных спутниковых систем различного назначения, в том числе и военного. Мини спутники имеют размеры от 10-20 см до 1 м, а вес – от сотен граммов до нескольких килограммов. Составными частями космического мусора эти спутники станут довольно быстро. А вот какая служба контроля космического пространства способна отследить каждый техногенный объект такого размера или предотвратить возможность столкновения с ним – пока неясно. Появление миниатюрных активных спутников значительно усложняет задачи контроля космоса. Избежать столкновения с фрагментами мусора такого размера можно лишь в том случае, если известны орбиты опасных объектов и самого космического аппарата с достаточной точностью.
Возможности наблюдения КМ
Наблюдаемость фрагментов космического мусора обусловлена разрешающей способностью специализированных средств и систем.
На низких орбитах (400-1000 км) оптические телескопы не могут полностью контролировать пространство из-за некоторых неблагоприятных обстоятельств: наблюдения возможны только ночью, но при этом спутник еще должен быть освещен Солнцем, Луна должна быть ущербной, а еще лучше отсутствовать на небе в ночи наблюдений. Поэтому задачи обнаружения и каталогизации спутников и крупных фрагментов мусора на низких орбитах ложится в основном на радиолокационные средства. Эти средства отслеживают фрагменты размером от 10 см. Но радиолокация малоразмерных спутников на более высоких орбитах требует определенных усилий.
Наблюдения объектов на высоких орбитах выполняется преимущественно оптическими средствами: объект дольше освещен Солнцем, виден над горизонтом с большей территории и погодные условия становятся менее критичными. Возможности радиолокационных средств, напротив, уменьшаются, т.к. для обзора пространства на дальности в десятки километров многократно увеличиваются требования к энергетическим параметрам радиолокационных станций.(См. приложение рис 12).
Сеть оптических средств обеспечивает в районе геостационарной орбиты наблюдения объектов размером 30-50 см и крупнее. Однако для контроля малоразмерных объектов (10-20 см) потребуется увеличение проницающей способности телескопов на 2-3 звездные величины.
Радиолокационные средства тоже могут использоваться при изучении геостационарной орбиты. Они позволяют измерять дальности, но лишь для тех объектов, которые обнаружены оптическими средствами и, следовательно, есть возможность использовать целеуказания.
Наиболее совершенные радиолокационные станции используются для проведения статистических измерений количества техногенных космических фрагментов. Фиксируются все частицы КМ больше некоторого размера, определяемого чувствительностью данной РЛС, попавшие в облучаемую область пространства. На этой основе строятся математические модели распределения частиц КМ.
В целом, всеми существующими в мире средствами, на начало 2009 года обнаружено и каталогизировано около 33500 объектов размером более 10 см, около 600 000объектов размером 1-10 см. При этом ежегодно обнаруживается 600-700 новых объектов.
Количество микронных пылинок или миллиметровых частиц из шлака или окиси алюминия и пр. оценивается в десятки и сотни миллионов. Знания о метеорных и техногенных частицах, размерами менее чем в каталогах, обычно имеют статистическое происхождение. Все частицы любых размеров, находящиеся на высотах выше 500-600км, где пропадает эффект торможения атмосферы, существуют в космическом пространстве практически вечно. Наблюдения на орбитах с большими эксцентриситетами, проходящих через геостационарную орбиту, привели к открытию класса слабых по яркости объектов с большим отношением площади к массе. Возможно, что это куски термической обшивки спутников.
Нет никаких других механизмов естественной очистки космического пространства от космического мусора, кроме торможения и последующего сгорания в атмосфере.
Максимальная концентрация мусора наблюдается на высотах 800-1000 км и около 1400 км. Возможность столкновений в этой области давно предсказывалась экспертами.
Каждый взрыв выбрасывает в окрестность ГСО около тонны КМ.
В двадцатом веке количество ежегодных запусков достигало 100-120. В настоящее время число запусков сократилось до 60-70 в год. Ежегодно фиксируется 4-5 взрывов в космосе. По оценкам специалистов, если ситуация не изменится (не станет меньше запусков, не увеличится срок активной жизни спутников), то в ближайшие 50-100 лет нас ожидает критическая ситуация.
(См. приложение рис.13)
Международная активность по проблеме КМ
Проблема космического мусора – это проблема всех стран, занимающихся космической деятельностью. И работают над ней специалисты космических агентств многих стран – США, Евросоюза, России, Японии, Китая и др. Необходимым условием для поддержания активной деятельности человечества в космосе является консолидация знаний обо всех известных объектах в космосе. В Европейском космическом агентстве создана база данных, содержащая информацию о характеристиках объектов в космическом пространстве. В базе данных 33500 объектов, наблюдаемых со времени запуска Первого ИСЗ, и около 7 миллионов занесенных в базу орбит.
Американская система контроля космоса обеспечивает непрерывный поток орбитальных данных обо всех наблюдаемых неклассифицированных объектах.
Европейское космическое агентство создает и распространяет модели, характеризующие популяцию космического мусора и ее эволюцию. При моделировании учитывается метеорная обстановка в околоземном космическом пространстве.
Естественно, что поддержание и регулярное обновление такой модели требует огромного количества измерительных данных в определенных областях космического пространства в определенное время от самых разных средств наблюдения – оптических и радиолокационных, наземных и с космических аппаратов. Статистические данные о происходящих взрывах, локальных плотных образованиях частиц, возможных столкновениях позволяют прогнозировать и предупреждать о взрывах, сходах с орбит в результате торможения в верхних слоях атмосферы, уводах с орбит, падениях, случаев утечки топлива и прочих событий на орбите в распределение фрагментов мусора и статистически моделировать это распределение.
Как комплексная задача, требующая системного подхода, проблема космического мусора была впервые поставлена в 1981 году, когда NASA приняло десятилетнюю программу по изучению засоренности околоземных орбит.
В 1987 году Европейское космическое агентство (ESA) организовало рабочую группу по КМ, и в том же году состоялась первая встреча по проблеме КМ между NASA и ESA.
В декабре 1989 года состоялась первая встреча советских и американских специалистов по вопросу изучения космического мусора.
В декабре 1990 года Генеральная Ассамблея ООН в резолюции 45/72 по пункту повестки дня «Международное сотрудничество в использовании космического пространства в мирных целях» констатировала наличие обеспокоенности у всех государств по вопросу о космическом мусоре.
В 1993 году в Дармштадте (Германия) состоялась встреча представителей ЕКА, НАСА, НАСДА (Япония) и РКА (Россия), на которой был образован Межагентский Комитет по космическому мусору. Время показало, что самый действенный обмен мнениями происходит в рамках ежегодных заседаний именно этого комитета. В его состав на сегодняшний день входят уже представители 11 стран.
Обсуждаются и дискутируются проблемы наблюдений, моделирования, предупреждения опасных ситуаций, возможности очищения космического пространства. Официальные заседания сопровождаются научными конференциями, публикуются научные доклады и официальные документы.
С 1994 года вопрос о КМ включен отдельным пунктом в повестку дня Научно-технического подкомитета Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях.
С этого времени проблема КМ вошла в тематику научных симпозиумов КОСПАР, чуть позже Международный союз телекоммуникаций (ITU)выпустил документ о защите окружающей среды для геосинхронных орбит, в котором отражены требования по уводу отработавших спутников из рабочей области.
В июне 2007 г. на заседании Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях были приняты Руководящие принципы предупреждения образования космического мусора[4]. В ноябре того же года эти Принципы были одобрены на самом высоком международном уровне[5]. Документ носит рекомендательный характер, но он впервые определяет «кодекс поведения в космосе».
Для изменения траектории полета отработавших космических аппаратов будут использованы лазеры, которые стреляют по ним при помощи специальных телескопов
Такой лазерный расстрел куска мусора на протяжении нескольких часов сместит его курс на 195 метров за сутки, как было рассчитано командой специалистов NASA, которой руководит Джеймс Мейсон. Такого воздействия хватит, чтобы избежать столкновения подобных отработавших объектов с космическими станциями или спутниками.
Эксперты и раньше предполагали использовать лазеры для очистки от космического мусора, но все данные теории требовали огромных затрат. Последний проект более экономичен: он стоит десятки миллионов долларов, из них 800 тысяч уйдёт на оборудование. Предполагается, что благодаря этому проекту половина неиспользуемых аппаратов может поменять траекторию своего полета.
Проблема космического мусора озадачивает не только США. Россией в прошедшем году было принято решение о выделении около 60 млрд рублей на проект очищения околоземного пространства. В рамках этой программы планируется запуск специального "чистильщика", способного к обнаружению, захватыванию более опасного космического мусора и сброске его на Землю.
Реализацию этой дорогостоящей программы осуществит космическая компания "Энергия". Разработка орбитального «мусорщика» должна быть закончена в ближайшие несколько лет, чтобы в 2020 году начать испытание опытного образца. Запуск в космос намечен на 2023 год.
Таким образом, проблема КМ в настоящее время осознана как глобальная, которую не может решить ни одна отдельно взятая страна. Как политики, так и конструкторы космических систем едины в одном: контроль за КМ необходим для обеспечения космической деятельности в будущем.
Первая задача в этой работе – уменьшение космического мусора с помощью предупреждения орбитальных взрывов, очищение (удаление) масс из областей с высокой плотностью фрагментов. Без принятия необходимых мер на высотах 800-1400 км возможен уже в скором будущем неконтролируемый каскадный процесс саморазмножения фрагментов КМ.
Область орбит (800-1400км) и Геостационарная орбита объявлены охраняемыми из-за их интенсивной эксплуатации коммерческого и научного назначения В целях очищения области орбит 800-1400 км рекомендуется снижать космические аппараты и ступени ракет после 25 лет их эксплуатации до пределов действия эффекта атмосферного торможения или уводить на высоты выше2000 км.
Для исчерпавших свои энергетические ресурсы объекты геостационарной орбиты рекомендована «орбита захоронения» на 300 км выше геостационарной .Очень важная часть «конца жизни»космических систем – пассивация: все резервуары топлива должны быть очищены во избежание взрывов, которые случаются по окончании активной жизни полезной нагрузки, и по выполнении своей работы ступенями ракет-носителей.
Заключение
«Каждая проблема имеет решение. Единственная трудность заключается в том, чтобы его найти».
Эвви Неф.
(См. приложение рис.14).
Разумеется, это только часть предлагаемых мер по обеспечению безопасности космической деятельности. И главное, что осознали космические державы и международные организации – это то, что процесс засорения космоса имеет глобальный международный характер. Не может быть засорения национального околоземного пространства, есть засорение окружающей Землю космической среды.
Остаётся надежда, что в настоящем столетии люди Земли будут использовать космонавтику прежде всего для улучшения жизни на Земле.
Литература
Приложение
Рисунок 1. Первый выход в открытый космос без страховочного фала.
Рисунок 2. Титульный лист второго издания «Завоевание межпланетных пространств».
Тираж 1929 года 2000 экз.
Рисунок 3. Состояние озонового слоя и последствия его разрушения
Рисунок 4. Карта отклонений количества озона в атмосфере над Якутией 8-10 марта 2007 года (в процентах от среднего содегжания).
Рисунок 5. Увеличение содержания мусора в околоземном космическом пространстве
Рисунок 6. Причины взрывов на околоземных орбитах.
Рисунок 7. Космический мусор на орбите.
Рисунок 8. Распределение мусора около Земли. Хорошо видно количество мусора на околоземной и геостационарной орбитах.
Рисунок 9. Модуль третьей ступени ракеты Дельта-2, упавший на территорию Саудовской Аравии 21января 2001 г. Вес около 70 кг.
Часть фрагментов сгорает в атмосфере, а наиболее крупные из них выпадают на землю.
Рисунок 10. Ракета «Протон», возможно, тоже станет космическим мусором.
Рисунок 11. Результат столкновения космической станции с космическим мусором.
Рисунок 12. Камера ВАУ, Звенигородская обсерватория ИНАСАН. Разработана и используется для целей исследования и контроля космического пространства.
Рисунок 13. Количество ежегодных запусков (в %) начиная с 1957 года.
Рисунок 14. Проблема космического мусора должна быть решена
[1] Кондратюк Е.В. Завоевания межпланетных пространств. – Москва.Оборонгиз 1929, с.66.
[2] Ортенберг Ф.С., Трифонов Ю.М. Озон: взгляд из космоса. –Москва, Знание, 1990. с.64.
[3] Информационное агентство « Русские новости». 19.09.2007.
[4] Документ А /62/20. от 16.06.07.
[5] Документ А /RES/62/217 от 01.02.08.
Цветение вишни в лунную ночь
"Морская болезнь" у космонавтов
Акварельные гвоздики
Астрономический календарь. Январь, 2019 год
Рисуем "Осенний дождь"