Процесът на изследване на космоса, който на практика започва в средата на 20-ти век, обикновено се представя от положителна страна като нов етап в развитието на научно-технологичното познание. Въпреки това, още след изстрелването на първия спътник, паралелно започна съвсем различен негативен процес, свързан със запушването на околоземни орбити. Създадени от човека отломки в космоса представляват множество заплахи както за космическите кораби, така и за Земята.
Източници на космически отпадъци
Боклукът в този случай се отнася до производни от изкуствено естество, които са много разнообразни, но са свързани с пряка човешка дейност. Например, естествено срещащите се метеороиди не представляват заплаха, за разлика от изкуствените отпадъци, които представляват заплаха поради дългия си престой в ниска околоземна орбита.
И така, откъде идват опасните отломки в космоса? Повечето е такагенерирани по време на сателитни изстрелвания и изстрелвания на други превозни средства в орбита. В такива процеси задължително се включват придружаващи пилотирани или автоматични кораби, които оставят след себе си технически обекти и консумативи. Най-опасният източник на замърсяване от този вид е унищожаването на спътници и кораби в орбита, в резултат на което неуправляваното оборудване и конструктивните части на самолетите остават в космоса. Сами по себе си фрагментите след катастрофи на оборудване или в процеса на планирано изхвърляне на отпадъци не представляват сериозна заплаха в нито един брой. При продължително натрупване обаче се образуват големи обекти, често с висок радиоактивен потенциал, което затруднява тяхното унищожаване.
Съществена роля в процесите на образуване на опасни отломки играе ефектът от "възрастното" разграждане на отломки от космически обекти в агресивна среда. Същите натрупвания от отломки се влияят негативно от космически прах, радиация, температурни крайности, окисление на кислород и т. н. По този начин човек трябва да се справи не само с физически елементи, които представляват заплаха от сблъсък, но и с неконтролирани и експлозивни материали, които увеличават риска на бедствия.
Наблюдение на космическите отпадъци
Съществуващите опасности, свързани с наличието на космически отломки, също налагат постоянно изследване на околоземни орбити. Специални устройства сканират изкуствени отпадъци според няколко характеристики, включително размер, маса, форма, скорост,траектория, състав и др. В зависимост от разстоянието от Земята се използва определено оборудване. Например, ниската околоземна орбита на системата LEO обикновено покрива разстояние от 100 до 2000 km. В този спектър работят радиотехнически, радарни, оптични, оптоелектронни, лазерни и други устройства за наблюдение на космически отпадъци. В същото време се разработват специални алгоритми за анализ на информацията, получена на тези устройства. За комбиниране на набор от фрагментирани данни се използват сложни математически изчислителни модели, които дават относително пълна картина на случващото се в определена област на наблюдение.
Въпреки използването на високотехнологични методи за наблюдение, все още има проблеми с проследяването на малки частици с размери до няколко милиметра. Такива фрагменти могат да бъдат проучени само частично от бордови сензори, но това не е достатъчно за получаване на изчерпателна информация, например за химическия състав на обекта. Едно от направленията за наблюдение на такива частици е т. нар. пасивно измерване. Едно време по този принцип се изучаваха компонентите на върнатата на Земята космическа станция Мир. Същността на тази технология е да регистрира ударите на изследваните частици върху повърхността на апарата в открито пространство. В лабораториите бяха анализирани различни видове повреди, което даде възможност да се получи допълнителна информация за космически отпадъци. Днес екипи от космонавти работят по този път на изследване директно в орбита, инспектирайки повърхностите на работещи космически кораби.
Разпределение на отломки в околоземното пространство
Мониторингът на космическото пространство показва неравномерно разпределение на различни видове отломки в орбити. Най-големите клъстери се наблюдават в областта на ниската орбита - по-специално, в сравнение с високите орбити, разликата в плътността може да бъде хилядократна. В същото време съществува връзка между плътността на клъстерите и размера на частиците. Пространствената плътност на средно големи отломки обикновено е по-ниска във високи орбити, отколкото в ниски орбити в по-малка пропорция в сравнение с едрозърнестите елементи.
Характеристиките на разпределението на космическите отпадъци около Земята се влияят от редица фактори, сред които са особеностите на произхода. Например, малки фрагменти, образувани в резултат на унищожаването на части от станцията или спътниците, имат нестабилни вектори на скоростта. Що се отнася до големите отломки, поради високата си динамика, той е в състояние да достигне голяма надморска височина до 20 000 км, а също и да се разпространи в геостационарния пръстен. На ниво 2000 km има неравномерно разпределение с точки на нарастване на плътността по-специално на 1000 и 1500 km. Между другото, геостационарната орбита е най-запушена и в нейната зона се регистрира висока склонност на отломки да се дрейфират.
Тенденции в развитието на космическите отпадъци
Космическите учени са по-загрижени за потенциалните, а не за настоящите заплахиотломки в околоземните орбити. В момента проучванията показват повишаване на степента на замърсяване с 4-5% годишно. Освен това ролята на изстрелванията на космически кораби все още не е надеждно оценена по отношение на нарастването на популацията от чужди тела в различни орбити. Големите обекти са податливи на прогнозиране, но, както вече беше отбелязано, ограничената информация за малки отломки дори в близкото пространство не ни позволява да говорим с висока степен на обективност за характеристиките на масовите отломки. Въпреки това учените правят две недвусмислени заключения за малките отломки:
- Обемът на малките частици, които се образуват в резултат на разрушаването, постоянно нараства с увеличаването на броя на сблъсъците. Както в лабораторни условия, така и в теоретични изследвания беше показано, че малките фрагменти съставляват значителна част от елементите, които са отделени от обектите на унищожение.
- Много малки частици под формата на едни и същи продукти на сблъсък са по-податливи на негативното въздействие на външни сили. Ефектът от разграждането, когато отломките са в агресивни условия за дълго време, намалява вероятността за надеждна оценка на бъдещето на такива натрупвания.
Очевидно, проблемите с намирането на отломки в космоса само ще се влошават, което изисква приемането на подходящи мерки. Но дори и при пълно спиране на проекти, свързани с космоса, земната орбита ще продължи да се запушва в резултат на сблъсъка на съществуващи замърсяващи елементи с естествени частици. По инерция този процес ще продължи поне още 100години.
Видове ефекти от замърсяването на космоса
Най-опасните негативни последици от влиянието на космическите отпадъци включват следното:
- Екологични щети на Земята. Само по себе си наличието на техногенни отломки в околоземната орбита води до промяна в екологичния фон и нарушава първоначалната чистота на околната среда. Според астрономи-наблюдатели процесът на намаляване на прозрачността на околоземното пространство вече напредва, което обяснява и наличието на смущения в работата на радиотехниката. Директно за Земята може да се отбележи опасността от падащи компоненти с горивни материали, които осигуряват работата на реактивните двигатели.
- Отломки, падат на Земята. Дори и без радиоактивен ефект, падането на изкуствени отпадъци от близкото пространство може да доведе до катастрофални последици. Към днешна дата най-големите кацнали обекти имаха маса не повече от 100 тона, но това не представляваше сериозна заплаха за планетата. От друга страна, с увеличаване на интензивността на препятствието на орбитата на Земята, този сценарий ще става все по-мрачен.
- Опасност от сблъсък в космоса. Не подценявайте вредата от космическите отпадъци за оборудването, използвано за поддръжка на полети. Същите въздействия на големи и малки частици могат да доведат до значителни смущения в работата на устройствата, а големите аварии застрашават перспективите за изпълнение на скъпи амбициозни проекти.
Системи за оценка на щетите при катастрофабоклук
На първо място, вече установената практика за анализиране на въздействието върху повърхността на космическите кораби се прилага чрез външен преглед от самите космонавти. Както бе споменато по-горе, резултатите от такива изследвания могат да се използват допълнително за определяне на характеристиките на боклука. Въпреки това, най-точната аналитична информация се предоставя само от лабораторни изследвания, при които целевите материали са изкуствено повлияни. Чрез свръхвисокоскоростни удари се реализира имитация на сблъсък на оборудване с отломки в космоса. По-нататък, посредством компютърно и цифрово моделиране, получените данни се обработват с анализ на характеристиките на повредата и механиката на въздействието върху целевия обект. Сред основните показатели са такива свойства като здравина, запазване на функционалността, оцеляване на отделните компоненти, степен на фрагментация и др.
Определяне нивото на заплаха от космически отпадъци
Дори на етапите на проектиране на орбитални станции и космически комплекси се взема предвид възможността за сблъсък с различни видове отломки. За изчисляване на оптималната надеждност на дизайна се използват данни за конкретната среда, в която ще се използва устройството. В същото време неточността на експерименталните и аналитичните методи за оценка на заплахите все още е значителен проблем. Отломките в космоса могат да бъдат изследвани само до известна степен на предположения, което затруднява дизайнерите да подготвят правилно превозните средства за високоскоростни сблъсъци. ЗаЗа приблизителна оценка на заплахата се използва концепцията за общи потоци от космически отпадъци, които потенциално могат да се срещнат по пътя на космическия кораб. Показват се допълнителни данни за плътността на потока, скоростта, ъглите на атака и броя на очакваните удари.
Начини за намаляване на заплахите от отломки в космоса
Сравнително ниското ниво на наблюдение и характеризиране на космическите отпадъци с неговото прогнозиране е само част от проблема. На настоящия етап специалистите са изправени пред редица въпроси, свързани с намаляване на рисковете от негативното въздействие на техногенните отпадъци в космоса. Днес се разглеждат две посоки за решаване на този проблем. Първо, това е общо намаляване на полетите, както и минимизиране на технологичните процеси, които водят до запушване на орбити на различни нива. Второ, можем да говорим за структурна оптимизация на превозните средства с намаляване на частите, които потенциално биха могли да се превърнат в космически отпадъци. Специално внимание в системите за управление на космоса днес се отделя на замърсяването с радиоактивни вещества. Това се отнася до минимизирането на отработените газове на двигателя до прехода към принципно нови горивни ресурси.
Перспективи за борба с отломките в близкото пространство
Активната работа за регулиране на космическите дейности на глобално ниво дава основание за оптимизъм при оценката на развитието на ситуацията в бъдеще. Внимателното отношение към чистотата на орбиталните среди е включено в концепциите на стратегическите програми на най-големите държави, които допринасятнай-големият принос в борбата с отломките в космоса. Почистването и извеждането на малки и големи частици в полигонни орбити е една от ключовите области в почистването на космоса от замърсявания, причинени от човека, но все още няма ефективни методи за прилагане на тази концепция. Това е технологично трудна задача, така че основният акцент в момента все още е върху начините за оптимизиране на човешките дейности в космоса.
Заключение
Един от радикалните начини за решаване на проблемите с космическите отпадъци е напълно да се спре изстрелването на орбитални станции и спътници, докато не се появят нови и по-достъпни средства за почистване на околоземната среда. Но тази посока е и утопична поради редица икономически и технологични причини. Въпреки това има предпоставки за промяна на ситуацията към по-добро. Дори ако погледнете няколко десетилетия назад, можете да забележите фундаментални промени в отношението на самия човек към този проблем. Така че, ако по време на работата на космическата станция "Мир" обичайната практика беше директното освобождаване на отпадъчните продукти на екипажа, то днес това е невъзможно да си представим. Въвеждат се все по-строги правила за регулиране на процесите на пребиваване в космоса. Това се доказва и от международни конвенции, според които страните, участващи в космически дейности, са длъжни да се придържат към принципите за намаляване на негативното въздействие върху екологичната ситуация в околоземната среда.
