Космический мусор
Сейчас сложно представить нашу жизнь без высокоскоростного интернета, навигаторов, телекоммуникаций и прогнозов погоды. Всем этим нас обеспечивают многочисленные космические аппараты, кружащие вокруг нашей планеты. Освоение космоса не только стало настоящим прорывом и кардинально изменило нашу цивилизацию, но и поставило перед людьми новые задачи. Срок службы спутников ограничен, и после выхода из строя многие из них остаются в космическом пространстве. Также происходят аварии и столкновения, порождающие большое количество фрагментов и частей, которые остаются кружить по орбитам и представлять угрозу для новых аппаратов, в том числе для МКС и пилотируемых миссий. Такие нерабочие аппараты и их фрагменты принято называть космическим мусором. Эта анимация Европейского космического агентства (ESA), представленная на 6-й Европейской конференции по космическому мусору в 2013 году, показывает рост его количества с 1961-го по 2013 год.
С каждым годом количество космических аппаратов растет. В космос стали запускать свои спутники не только отдельные государства, но и частные компании. SpaceX выводит на орбиту несколько десятков спутников Starlink за один запуск, а всего планирует запустить 12 000 (а в дальнейшем увеличить их количество до 42 000), чтобы обеспечить интернетом весь земной шар. Свою сеть спутников уже запускает и компания OneWeb. Проект Amazon Kuiper тоже планирует запустить свою сеть, в которую будут входить 3236 космических аппаратов. Всё это заостряет вопрос грамотного использования околоземного пространства и решения проблемы космического мусора. Хватит ли всем места?
Космическая эра человечества началась 4 октября 1957 года с запуска советского спутника «Спутник-1». Он проработал чуть больше трех месяцев и совершил 1440 оборотов вокруг Земли по эллиптической орбите, перигей которой составлял 228 км, а апогей — 947 км. Космическим мусором первый спутник не стал: 4 января 1958 года он потерял скорость и сгорел в атмосфере.
«Спутник-1». Фото с сайта roscosmos.ru
А вот запущенный чуть позже, 17 марта 1958 года, американский спутник «Авангард-1» до сих пор делает обороты вокруг нашей планеты и является самым старым рукотворным объектом на орбите. Он небольшой — диаметром всего 16,5 см и массой 1,46 кг. «Авангард-1» предназначался для исследования воздействия окружающей среды на спутник и его системы на околоземной орбите. Он двигался по эллиптической орбите с минимальной высотой 654 км, а максимальной — 3969 км, что гораздо выше, чем советский «Спутник-1». В июне 1958 года закончился заряд аккумуляторных батарей, но «Авангард-1» выходил на связь вплоть до мая 1964 года за счет энергии от солнечных панелей. Поначалу предполагалось, что он сможет оставаться на своей орбите около 2000 лет, но сейчас эта цифра снизилась до 240 лет из-за влияний на спутник давления солнечного излучения и сопротивления атмосферы.
Модель серии спутников «Авангард». Фото с сайта nssdc.gsfc.nasa.gov
Согласно статистике, выпущенной в этом году Европейским космическим агентством, всего с 1957 года было произведено около 6420 запусков ракет (без учета сбоев), которые вывели на земную орбиту примерно 15 800 спутников, из которых 10 590 всё еще находятся в космосе. При этом функционируют из них только 8800. Также в отчете говорится о более чем 640 случаях столкновений, взрывов и других аварий, повлекших за собой фрагментацию объектов и увеличение числа космического мусора. Такие события крайне нежелательны, поскольку одна авария или столкновение могут привести к появлению сотен обломков. Небольшие фрагменты представляют наибольшую проблему, так как их сложнее заметить и предотвратить будущие столкновения. Количество объектов космического мусора, которое удается регулярно отслеживать и вносить в каталоги — около 35 290. Но помимо этого огромная масса свободно и беспризорно кружит в околоземном пространстве. По оценкам на основе статистических моделей, на орбите находится 36 500 объектов размером более 10 см, миллион объектов размером от 1 см до 10 см и 130 миллионов размером от 1 мм до 1 см.
Первый известный случай столкновения двух спутников произошел в 2009 году. Спутник связи Iridium-33 (США) столкнулся с российским спутником «Космос-2251», выведенным из эксплуатации еще в 1995 году. Масса спутника «Космос-2251» составляла 950 кг, Iridium-33 — 560 кг, их столкновение породило свыше 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч еще более мелких фрагментов. Столкновение произошло на скорости 11,7 км/c на высоте 789 километров над полуостровом Таймыр.
Модель, изображающая столкновение спутников, поля обломков через 20 и 50 минут после столкновения. Изображение с сайта en.wikipedia.org
Большой вклад в образование космического мусора вносят также военные испытания некоторых стран. Китай в 2007 году на высоте 862 км уничтожил свой спутник FY-1C, что создало более 3300 единиц космического мусора. Это вызвало бурную критику международного сообщества. Спутник FY-1C находился достаточно высоко — его обломки не испытывают серьезного сопротивления атмосферы Земли и смогут еще много лет летать в космосе.
Фрагменты от аварий, произошедших в космосе, могут представлять угрозу не только в космосе, но и на Земле. В 1978 году на территорию Канады упало около 100 радиоактивных обломков от советского спутника «Космос-954» с ядерной энергетической установкой. Из-за малой заселенности района падения обломков никто не пострадал. Кроме того, в Тихом океане существует целое Кладбище космических кораблей, куда направляют обломки космических станций, кораблей и других аппаратов. Попадающие в воду остатки токсичного топлива могут представлять опасность для живых организмов.
Засорение околоземного пространства является глобальной проблемой, и многие государственные и частные компании разных стран предлагают свои разработки для ее решения. Британские инженеры из Университета Суррея предложили ловить космический мусор гарпуном и сетью. В 2018 году на МКС был доставлен зонд RemoveDEBRIS. Зонд оснащен камерой и лидаром, которые отслеживают мусор, и сетью с гарпуном для его захвата. После вывода зонда в открытый космос был проведен ряд тестов, успешно продемонстрировавших работоспособность данной технологии.
Захват космического мусора с помощью гарпуна
Американская военно-промышленная компания Northrop Grumman Corporation предложила проект Mission Extension Vehicle (MEV) по продлению срока использования геостационарных спутников (см. картинку дня Геостационарные спутники). Для этого в 2019 году был запущен космический аппарат MEV-1, который состыковался со спутником Intelsat 901, с 2016 года находившемся на орбите захоронения (на нее выводят заканчивающие работу аппараты). После стыковки аппараты спустились на геостационарную орбиту, где должны проработать в связке еще пять лет. По истечению этого срока MEV-1 вернет Intelsat 901 на орбиту захоронения и состыкуется со следующим геостационарным спутником. В 2020 году запущен MEV-2, который работает по тому же принципу. Продление срока службы спутников позволит сократить потребность в запуске новых.
Стыковка MEV-1 с Intersat 901. Вид с аппарата MEV-1. Фото с сайта cnbc.com
В России введена Автоматизированная система предупреждения об опасных ситуациях в околоземном космическом пространстве (АСПОС ОКП), которая ведет сбор и анализ данных по космическим объектам размерами более 10–20 см и прогнозирует обстановку в околоземном пространстве. Также в разработке находился спутник «Ликвидатор», который должен был заняться расчисткой геостационарной орбиты. Но из-за сокращений бюджета его создание отложили на неопределённый срок.
Подобные проекты впечатляют и выглядят многообещающе, но кардинально ситуацию не меняют. Пока универсального решения проблемы космического мусора нет.
Земля в антропогенном кольце из спутников и космического мусора. Компьютерная модель, демонстрирующая вид на Северный полюс. Изображение с сайта orbitaldebris.jsc.nasa.gov
В 1978 году сотрудник НАСА, астрофизик Дональд Кесслер (Donald J. Kessler) предположил возможность сценария (см. Синдром Кесслера), при котором плотность объектов на низкой околоземной орбите, содержащей больше всего космического мусора, настолько возрастет, что вызовет каскадный безудержный цикл столкновений. Каждое столкновение будет порождать всё больше фрагментов и приводить к следующим столкновениям. Такое развитие событий серьезно затруднит, а то и вовсе сделает невозможным доступ человечества в космос на долгие-долгие годы вперед.
Изображение из видео на сайте esa.int.
Мария Сырцова
-
-
вредительством занимаетесь? в глобальном и локальном масштабах. то ледники и полюса растопить, затопив половину суши и затравив все население планеты продуктами сгорания ископаемых углеводородов, то теперь спутники взрывать. в ссср инь-янь (ст. 69) за это полагался ) согласно кармическому закону ))
-
в СССР за это ордена давали, старлинк передает данные для ударов по российской армии, если вы не в курсе
продуктами сгорания ископаемых углеводородов
которые внезапно взялись из атмосферы и были захоронены в период когда не было грибов деструкторов лигнина, теперь их возвращают обратно ай-яй-яй какая катастрофа вместо тундры будут широколиственные леса.-
Не надо постить фейки и распространять американскую пропаганду, всем известно что старлинк это распиаренный проект распила бюджетных денег, никакой реальной пользы он не приносит. Так что нечего распространять недостоверную информацию. При СССР за паникёрские настроения сразу на лесоповал в Воркуту ссылали. ИМХО.
-
-
-
-
-
Будет слишком большая масса брони. Но и она не поможет. На таких скоростях соударения понятия прочности и твердости теряют смысл, взаимодействие становится уже даже не гидродинамическим (кристаллическая решётка полностью разрушается в точке удара), а более сложным. Уже при скорости соударения 3,6 км/с любая ударная масса, хоть кусок пластилина или булка хлеба, выделяет столько же энергии, сколько взрыв куска тротила такой же массы. С ростом скорости столкновения энергия растёт квадратично, при скорости 10 км/с выделение энергии будет как у десятикратной массы тротила. Взорванного прямо на поверхности космического аппарата. От такого воздействия броня уже не защитит, даже весьма толстая стальная - потому что скорость ударной волны в этой броне будет сверхзвуковой по отношению к материалу брони, и упругость брони исчезнет как таковая, воздействие сверхзвуковой ударной волны будет исключительно бризантным, то есть дробящим. То есть даже монолитная стальная поковка будет раздроблена в осколки.
-
Ну так надо специальную броню разрабатывать, антибризантную из графена и нанотрубок, а ещё можно её чем-нибудь заармировать адамантитом или ещё чем-нибудь таким похожим. ИМХО.
-
Вы, возможно, не совсем понимаете механизм бризантности. В углероде во всех модификациях скорость звука ещё меньше чем в стали. Поэтому ударная волна (от космического удара, заведомо сверхзвуковая для материала) будет его разрывать ещё лучше. Армирование тут не поможет. ) микрометеориты это одно, а макрофрагменты будут действовать иначе. Слишком велик запас кинетической энергии.
-
-
На самом деле трение тут не при чем, хотя это и широко растиражированная ошибка. Воздух, обтекающий падающий спутник, разогревается не от трения, а от газодинамического сжатия на лобовой поверхности спутника. Оно же и ломает спутник на фрагменты, своим высоким давлением. Это же сжатие и тормозит спутники на орбите, хотя оно там и очень слабое.
А трение, конечно, присутствует, но не играет существенной роли.
На мой взгляд, лучше просто писать про сопротивление атмосферы. Это будет вернее.
Во-первых, прекратить слать спутники, идущие поперек других, пусть все летают параллельно. Тогда столкновения с высокими скоростями будут маловероятны.
Во-вторых, использовать столкновения на малых, неопасных скоростях во благо. Для этого запускать периодически нечто вроде машины дорожной службы, какие посыпают снег солью и песком: некие контейнеры с песком или водой, которые будут выстреливать свое содержимое назад, навстречу летящим по этой орбите. Этот песок/лёд будет тормозить все пролетающее и снижать орбиту. Рабочие спутники включат двигатель и вернутся, мусор же пассивно приблизится к Земле, где его можно будет снова притормозить песком вплоть до падения.
По-моему гениально! Это не сеть и не гарпун, воздействие сразу на всех размеров спутники широким охватом, облако песка/льдинок можно выстреливать ого какое большое, и не нужно по одному мусоринки вылавливать...
Только вот эта чудесная идея не очень хорошо будет работать, слишком уж неплотный поток мусора. Но это пока!)
Ну чем плоха идея?)
-
Вы прямо Циолковский.
Только зачем выстреливать песок назад? Можно просто ваши контейнеры запускать на ту же орбиту, но в противоположном направлении. (Слегка больше топлива понадобится, потому что все спутники запускают в сторону вращения Земли, а ваш - наоборот; за всю историю, кажется, только Израиль запустил один такой спутник).
Нужно, чтобы ваш мусоротормозящий спутник умел хорошо и равномерно рассеивать песок во все стороны, что нетрудно сделать (чтобы вышел этакий бублик из песка). И надо рассчитать размер песчинок так, чтобы они не портили хорошие спутники.
Ещё неплохо сделать так: вывести ваш спутник на орбиту немного повыше тех, где летает большинство спутников, а песку придать небольшую скорость к Земле, чтобы он очень медленно снижал орбиту. Таким образом, он пройдет через орбиты всех спутников за какое-то время.
(Это всё если предположить, что все спутники крутятся в одной плоскости, что, наверное, далеко от истины).
Ха-ха. Если этот метод станет популярен, то будущие спутники будут делать обтекаемой формы, чтобы песок их не тормозил. И когда эти обтекаемые спутники станут мусором, их будет затормозить уже не так-то просто.-
У меня все продумано: навстречу я не запускал именно чтобы избежать слишком высоких скоростей столкновения - они чреваты дроблением/размножением мусора. Но, конечно, можно обсудить, обсчитать...
В остальном Ваши идеи мне очень импонируют! Давайте сделаем предложение в Роскосмос! В соавтростве. Или в какой сурьезный журнал...
))-
навстречу я не запускал именно чтобы избежать слишком высоких скоростей столкновения -
Важна не скорость столкновения, а импульс, т.е. скорость помноженная на массу.
Так что лучше запускать против вращения Земли, чтобы была большая скорость и не надо было никого никуда разгонять уже на орбите, а массу регулировать просто - брать песчинки меньшего размера.
-
Во-первых, прекратить слать спутники, идущие поперек других, пусть все летают параллельно.Т.е. каждый спутник - строго на своей высоте, а кому не хватит эшелонов - отправлять на эллиптические орбиты? Поскольку после Евклида был ещё и Риман, то непересекающихся сферических орбит одного радиуса не может быть чисто геометрически.
Во-вторых, использовать столкновения на малых, неопасных скоростях"Медленно летящий по орбите объект" - это круто, да. Кеплер с Ньютоном были бы в восторге. Понятие космических скоростей Вам знакомо?
Для этого запускать периодически нечто вроде машины дорожной службы, какие посыпают снег солью и песком: некие контейнеры с песком или водой, которые будут выстреливать свое содержимое назад, навстречу летящим по этой орбите.Вот только дорожные службы почему-то не сыпят песок в лоб движущимся автомобилям, а спутники не оборудованы толстым слоем резиновой обшивки.
С водой тоже интересное происходит в вакууме - она, частично сублимируясь, превращается в лёд. Что будет с объектом, получившим в лоб на 2*7,8 км/с горсть песка или ледышек сами догадаетесь?
Последние новости
Группа спутников Starlink, запущенная в мае 2021 года. Всего за один раз запускается около 60 спутников, которые потом распределяются по орбите. Но до этого они видны невооруженным глазом как яркая вереница. Фото Марии Сырцовой, Солнечногорск, Московская область, май 2021 года