Проект «Что такое космический мусор и как с ним бороться?»

Муниципальный  фестиваль «Созвездие талантов»

для обучающихся 1-4 классов

«МИР» (Мечтай. Исследуй. Развивайся)

Конкурс исследовательских проектов "Открытие"

Тема проекта

 «Что такое космический мусор и как с ним бороться?»

Выполнил:

Новиков Артём

ученик 4 «А» класса,

МОУ «СОШ  №5 имени В.Хомяковой»

                              Руководитель:

 Школьникова Татьяна Юрьевна

2024

Содержание:

1.Введение…………………………………………………………....…3 стр.

1.1. Актуальность темы исследования  

1.2. Цели работы.

1.3.Задачи проекта.

1.4. Гипотеза проекта

1.5. Методы исследования

2. Основная часть………………………………………………….……..4 стр.

2.1.  Что такое космический мусор и откуда он берется?
2.2.  Самый впечатляющий проект

2.3.  Самый ожидаемый проект

2.4.  Самый рискованный  проект
2.5.  Самый хитроумный проект

2.6.  Самый липучий проект

2.7. Самый странный  проект

3. Заключение…………………………………………….......................8 стр.

Литература…………………………………………………………….... 8 стр.

1. Введение.

Земля - наш общий дом. Сначала – леса, озёра и реки, потом – атмосфера, моря и океаны... Человечество не слишком бережно относится к родной планете, иначе проблема загрязнения окружающей среды не стояла бы сегодня так остро. Моя семья нуждается в чистом воздухе, в чистой окружающей среде.  (слайды 1-3)

Но если наша Земля имеет всё же ограниченные размеры, то уж Вселенная-то бесконечна, и её, казалось бы, мусором не завалишь. Как бы не так! Между тем, хотя с начала освоения космоса человечество за столь короткий срок не только успело произвести более 4-х тысяч запусков ракет-носителей, но и умудрилось изрядно засорить космическое пространство. Это опасно не только для моей семьи, но и для всего человечества.

Что же касается проблемы космического мусора в целом, то бороться с ним надо так же, как и с мусором на Земле: не допускать его возникновения.   Впервые о масштабном загрязнении космоса учёные заговорили в 1980-х. Со временем ситуация еще больше ухудшилась. (слайд 4-6)

Сейчас мусор, заполнивший космическое пространство, угрожает сохранности искусственных спутников и безопасности астронавтов, когда те выходят в открытый космос, все это может затормозит покорение космоса.  
В 1996 году микроспутник, столкнувшийся с обломком ракеты, был вынужден покинуть свою орбиту и вернуться на Землю. С тех пор случалось немало других серьезных происшествий.   

Ученые уже над этим работают и рассматривают различные варианты уничтожения космического мусора.   (слайд 7)   

1.1. Актуальность проблемы загрязнения космического пространства и определило выбор темы  исследования.

1.2. Цель исследования – дать анализ состояния космического пространства нашей планеты – Земли, изучить способы утилизации космического мусора.

1.3. Объект исследования - влияние космического мусора на космическое и околоземное пространство. Предмет исследования: космический мусор.

1.4. Задачи исследования:

• Изучить понятие - космический мусор.
•   Определить основные показатели космического пространства Земли.
•   Изучить способы улучшения состояния космического пространства нашей планеты.

1.5. Методы исследования: изучение литературных источников и Интернет-ресурса.

 2. Основная часть

2.1. Что такое космический мусор и откуда он берется? (слайд 8)

Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям.

Космический мусор включает как мелкие предметы - болты, старые отвертки, пластиковые пакеты, сломанные ручки и компакт-диски, так и гораздо более крупные, например, обломки выведенных из строя спутников, блоков, отделившихся от ракет.

Откуда же берется космический мусор?

В первую очередь это отходы человеческой деятельности. Чем больше мы запускаем спутников и других аппаратов, тем больше мы его засоряем. В настоящее время вокруг земли вращается около 12 тысяч различных спутников из них рабочих всего около 6%, и они выходят со строя с высокой регулярностью. Также свою лепту вносят и ракеты, с помощью которых выводят на орбиты спутники, так как в их баках остается до 10% реактивного топлива, которое довольно быстро принимает вид парового облака с угрожающим мощным взрывом. За последние несколько лет уже было замечено в околоземном пространстве более 100 таких взрывов.
Для дальнейшего познания Вселенной очень важно развитие космонавтики.

 За минувшие полвека, как человек начал с помощью космических аппаратов исследовать космос, он окружил Землю поясом искусственных спутников и отходов, грозящих затормозить изучение космоса. Учёные изобретают космические системы-мусоросборщики, уже ряд проектов готов вступить в борьбу за чистоту околоземных орбит.

Идея хороша, но ее отнюдь непросто воплотить в жизнь. Какой бы ни была задействованная система, ее придется отправлять с поверхности Земли в космос, где находятся скопившиеся отходы. А это совсем недешево: от 10000 до 20000 евро за килограмм веса летательного аппарата! В конечном счете, наш грузовик-мусоросборщик обойдется как минимум в 50-100 миллионов евро.

На сегодняшний день такие затраты неоправданно велики. Но в будущем всё может измениться: количество спутников, запускаемых в космос, увеличивается, и вместе этим растет количество столкновений и отходов.

Рассмотрим эти проекты.

  2.2. Самый впечатляющий проект:

МАШИНА-МУСОРОСБОРЩИК С РУКОЙ-РОБОТОМ (слайд 9)

Принцип действия: Захватывает мусор клещами. Космический корабль, оснащенный рукой-роботом, будет собирать отходы один за другим, а затем помещать их в специальный отсек летательного аппарата. Для каких отходов? Для самых крупных: спутников, ступеней ракет.

Преимущества:  Машина способна производить отбор: рука-робот позволяет подхватывать четко определенные предметы. Таким образом, можно будет посылать ее за самыми вредными, наиболее крупными или взрывоопасными отходами.

Недостатки:  Руке-роботу трудно будет хватать кружащиеся отходы. Цена вопроса: встреча с одним из видов мусора, тем более с несколькими, в космосе обойдется очень дорого!

   2.3. Самый ожидаемый проект:   ПУТЕВОДНЫЙ ТРОС (слайд 10)

Принцип действия: Опустить отходы с орбиты с помощью земного магнитного поля.   С магнитным полем никаких проблем: поле нашей планеты прекрасно действует на высотах, где кружатся отходы. Следовательно, достаточно прикрепить длинный трос-провод к обломку спутника или ракеты, который предстоит уничтожить, и пропустить по нему ток. Сила тока должна замедлить движение троса, а вместе с ним и мусора. По прошествии нескольких месяцев отходы в конце концов упадут на Землю. Для каких отходов? Для крупных предметов: спутников или ступеней ракет.

Преимущества: Легкий вес системы. Нет никакой надобности в ракете для возвращения предметов обратно: они сами опустятся на Землю.

Недостатки:  Процесс прикрепления троса к мусору в космосе обойдется очень дорого и может оказаться сложным из-за того, что мусор постоянно кружится. Поэтому ученые считают, что было бы лучше размещать подобные приспособления на спутниках перед их запуском. Трос, лежащий свернутым в небольшой коробке, спокойно ждал бы, пока срок службы спутника подойдет к концу, прежде чем помочь спутнику опуститься на Землю. Однако для получения «тормозного» эффекта длина троса должна составлять несколько километров. Подобное приспособление, вращаясь вокруг Земли в течение месяцев, могло бы причинить вред действующим спутникам! Кроме этого, трос должен быть сделан из очень прочного материала, чтобы не порваться при столкновении с космическими обломками.

4. Самый рискованный проект: ЛАЗЕРЫ (слайд 11)

Принцип действия: Превратить отходы в газ. Исследователи предложили стрелять по отходам из лазерных пушек, чтобы они разогрелись до такой степени, что превратились бы в газ. Лазеры должны были бы находиться на Земле и направляться сверхчувствительными радарами, способными обнаруживать предметы диаметром в один сантиметр.
Для каких отходов? Величиной менее нескольких сантиметров. Для более крупного мусора процесс оказался бы слишком энергозатратным.

Преимущества:  Мусор исчезает в атмосфере. Технология уничтожения предметов на очень малой высоте уже была опробована.

Недостатки:   Система поглощает слишком много энергии, даже при уничтожении небольшого обломка. Некоторые материалы рискуют распасться на части под воздействием лазера и образовать новые мини-обломки! Метод, при использовании которого выделяется большое количество энергии в окружающую среду, опасен. В радиусе действия лазера тепловое равновесие атмосферы было бы нарушено. Даже ее состав мог бы измениться: появилось бы множество заряженных частиц, что привело бы к непредвиденным последствиям.

5. Самый хитроумный проект:  ДВИЖУЩАЯСЯ СЕТЬ (слайд 12)

            Принцип действия: Ловить отходы с помощью сети. Эта система, разработанная американской фирмой, называется ГРАСП («собирать, схватывать и перевозить безопасным способом» - ант.). В космосе разворачивается нечто вроде рыболовной сети из полимерных материалов, достаточно прочных, чтобы избежать повреждений при столкновениях с космической пылью. Такую сеть, прикрепленную к небольшому спутнику, можно было бы поместить на орбиту с помощью челночного аппарата. После этого она должна развернуться, «поймать» мусор и снова свернуться вместе со своей добычей. Для каких отходов? Для самых крупных: спутников, ступеней ракет...

Преимущества: Структура, натягивающая сеть, сделана из надувных валиков. У нее небольшой вес - стоимость ее запуска в космос невелика. ГРАСП сможет собрать все отходы, даже те, что постоянно кружатся либо не поддаются захвату.

Недостатки:  Пойманные отходы придется доставлять на Землю на космическом корабле, что обойдется очень дорого.

 2.6. Самый липучий проект:   ПЛАСТИНЫ  ИЗ  АЭРОГЕЛЯ (слайд 13)

Принцип действия: Аэрогель - это чрезвычайно пористый материал: он состоит из пустоты на 99,8 %! Попадая в такое вещество, мельчайшие частицы проделывают очень длинные туннели, замедляют свой ход, а затем становятся совершенно неподвижными. Эти пластины должны были бы до предела наполниться крошечным мусором, прежде чем вернуться на Землю.
Для каких отходов? Для пылинок диаметром в несколько десятых долей миллиметра.

Преимущества: Эта техника уже себя зарекомендовала. Зонд «Stardust» (звездная пыль - англ.) космического агентства НАСА использовал аэрогель в 2006 году для захвата метеоритной пыли.

Недостатки: Отходы величиной менее миллиметра наименее опасны: хотя они и разъедают поверхность действующих спутников, но значительного ущерба им не наносят. Для того, чтобы этот способ был рентабельным и позволял собирать большое количество мусора, нужно посылать в космос очень большие пластины. Но такие пластины не выдержат столкновение с крупными отхо¬дами, которые могут разорвать пластины на части. Не говоря о действующих спутниках - им пришлось бы уклоняться от встречи с этими космическими пришельцами.

2.7. Самый странный проект:  ПЕНОМАТЕРИАЛ (слайд 14)

Принцип действия: торможение отходов с помощью пены. Космический корабль оставляет на траектории движения отходов особую пену, которая, оказавшись на свободе, образует гигантский шар! Попавший в него мелкий мусор замедляет свой ход - это заставляет его устремиться к Земле. Для каких отходов? Для самых мелких; скорость более крупного мусора не уменьшится настолько, чтобы он смог быстро опуститься.

Преимущества: как и при использовании тросов, отходы не нужно никуда складывать для отправки на Землю: они сами снижаются.

Недостатки:  Как и при использовании аэрогелевых пластин, шар должен быть внушительных размеров. Некоторые утверждают, что диаметр шара должен составлять несколько километров! Гигантский шар наверняка сразу же столкнется с крупными отходами, которые разнесут его в клочья. Пеноматериал пробудет на орбите недолго - запуск в космос приспособления для столь краткого использования обойдется очень дорого.

 Заключение.  (слайд 15)

Проанализировав состояние космического пространства Земли, я изучил способы улучшения состояния космического пространства планеты и возможности проведения семейных космических путешествий. В результате получены объективные данные о разрабатываемых проектах, которые позволят улучшить ситуацию в космическом пространстве нашей планеты в ближайшем будущем. 

Так как  очищение  космоса в настоящее время не представляется возможным ни технически, ни экономически, то все совместные усилия должны быть направлены на то, чтобы меньше мусорить. Поэтому сейчас разумным шагом по сохранению космического пространства есть принятие мер по уменьшению загрязненности.

Я считаю, что для этого необходимо избавляться от остатков топлива при завершении работы космического аппарата, уводить отработавшие спутники с широко используемых заселенных орбит на более высокие и мало используемые орбиты, иными словами, создать «кладбище космических отходов».

  Созданная мною презентация может быть использована учителями школы  на уроках по предметам «Окружающий мир», «Астрономия», «Физика», «Естествознание», во время проведения внеклассных мероприятиях, приуроченных ко «Дню Космонавтики – 12 апреля».

В своей работе я рассмотрел плюсы и минусы шести проектов: от  вполне серьезных до самых невероятных. Среди них наверняка фигурирует космическая машина-мусоросборщик недалекого будущего...

 Литература:
1. Урсул А.Д. Экологические перспективы и космонавтика //Земля и Вселенная -2006 - №2-с.32.
2. Акшин   А.И.,   Новиков   Л.С.   Воздействие   окружающей   среды   на   материалы космических аппаратов. - М.: Знание, 1999.
3. www.buisnesspress.ra.
4. Энциклопедия «Космос».