Космическая экология доклад кратко

Обновлено: 04.07.2024

Ежеминутно происходит антропогенное разрушительное влияние на небесные просторы. Космос просто кишит веществами и объектами, занесенными туда людьми.

Человечество не только засоряет родную планету, но также его деятельность привела к загрязнению космического пространства. А это уже целая катастрофа.

Причины возникновения и основные источники

Причин загрязнения космоса множество. Этим и обусловлен процесс засорения пространства.
Так, при запуске ракет возникает выброс частей установок. А, например, работа реактивных двигателей насыщает пространство химическими веществами, несвойственными космической среде. Опять же, космический мусор как источник засорения околоземного пространства выступает устрашающим явлением. Не стоит списывать со счетов электромагнитное излучение и радиоактивное загрязнение, поступающей от радиопередающих систем и спутников.

Космический мусор

К нему относятся спутники, которые уже не работают на человечество, части ракет, различные детали и объекты. Проще говоря, это всё что попало в космос за время космической деятельности человека.

Уже установлен тот факт, что увеличение содержания мусора в околоземном пространстве повышает вероятность космических аварий. Из-за этой проблемы приходится откладывать космические операции и даже проводить процедуры по уклонению от столкновения с мусором.

Самое страшное заключается не только в росте наличия мусора, но и в невозможности полного его отслеживания и утилизации.

Бесспорно, это одна из важных, даже можно сказать, глобальных проблем на сегодняшний день. Да, да. Вы не ослышались. Это реальная проблема. В космическом пространстве действительно множество мусорных объектов.

Ведь увеличение космического мусора, как минимум, приводит к усложнению освоения космоса. А это точно не входит в наши планы. К чему же приведёт возможное падение крупных мусорных объектов страшно представить. Как видно, с этим нужно что-то делать. Интересный факт установили учёные. Большее количество мусора попало в космос из-за космической работы России. На втором месте по загрязнению космической среду стоит США.

Методы устранения космического мусора

К сожалению, человечество ещё не пришло к эффективным способам утилизации космического мусора. Очевидно, что в современном мире этот вопрос актуален и остро стоит перед людьми.
На данный момент учёные предлагают несколько вариантов, но все они из области фантастики и являются нереально дорогими. И что еще важнее, пока выполнимы.

Из более возможных мер контроля и устранения можно использовать сбор, утилизацию и контроль полётов.

НАСА предлагает корректировать движение мусора с помощью лазеров. Но это, разумеется, дорогое удовольствие. Воздействие лазерной установки необходимо ежедневно, чтобы хоть как-то изменить курс объектов в космосе.

Европейское космическое агентство призывает вместо лазера использовать реактивную струю. Но такая идея подходит только, если мы говорим о крупных объектах. Также Европа предлагает собирать мусор в сети и перенаправлять его на орбиту для захоронения. Как ни печально, но проведённый опыт по такому захвату мусора не оправдал надежд учёных.

Также существуют идеи по удалению космического мусора с помощью роботов. Помимо того, придумали создать специальный спутник для его сбора.

Безусловно, проблема загрязнения космического пространства носит мировой характер. Необходимо создание международного права и проектов в данном направлении.

Причин загрязнения космоса множество. Этим и обусловлен процесс засорения пространства. Так, при запуске ракет возникает выброс частей установок. А, например, работа реактивных двигателей насыщает пространство химическими веществами, несвойственными космической среде. Опять же, космический мусор как источник засорения околоземного пространства выступает устрашающим явлением. Не стоит списывать со счетов электромагнитное излучение и радиоактивное загрязнение, поступающей от радиопередающих систем и спутников.

Загрязнение космоса

Появление нового типа небесных объектов искусственного происхождения астрономы осознают теперь как специфическую область астрономии, которая является промежуточной между метеорной астрономией, исследующей вещество Солнечной системы вблизи и внутри атмосферы Земли, и планетной астрономией, изучающей вещество Солнечной системы за пределами так называемой сферы действия Земли. Первые шаги в систематическом слежении за объектами, находящимися в околоземном космосе, были предприняты военными в СССР и США в рамках задач противоракетной и противокосмической обороны. В обеих странах были созданы системы контроля околоземного пространства, оснащенные радарами дальнего обнаружения и оптическими инструментами. Задачи служб контроля состоят в обнаружении, сопровождении, получении координатной информаций и изображений объектов, их идентификации, анализе и отображении космической обстановки. Всего службами контроля космоса зафиксировано и непрерывно отслеживается сейчас чуть более 10 тыс. объектов, находящихся на околоземных орбитах. Это в основном довольно крупные тела размером более 10 см. Около 8 тыс. объектов занесены в официальные каталоги. Действующие спутники (примерно 500) составляют лишь незначительную часть общего числа каталогизированных объектов на околоземных орбитах.

Появилось абсолютно новое понятие — космический мусор. Оно объединяет спутники, исчерпавшие свои энергетические ресурсы, верхние ступени ракет-носителей, различные детали, сопутствующие запуску, и многое другое, что уже никогда не принесет никакой пользы человечеству, но вполне может остаться практически навечно в околоземном пространстве. За 43 года космической деятельности человека на разные околоземные орбиты и в далекий космос было запущено более 20 тыс. объектов общей массой свыше 3 тыс. т. Наблюдаемое распределение космического мусора в околоземном пространстве показано на рис. 1.

Рис. 1. Увеличение содержания мусора в околоземном космическом пространстве

1 — общее число объектов, включая не занесенные в официальные каталоги; 2 — общее число объектов, занесенных в каталоги; 3 — фрагменты космического мусора; 4 — космические аппараты; 5 — верхние ступени ракет; 6 — эксплуатационный мусор

(Технический доклад о космическом мусоре, подготовленный научно-техническим подкомитетом Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях. Нью-Йорк, 1999)

Гавайях введен в эксплуатацию телескоп с зеркалом диаметром 3.7 м, оборудованный самым современным приемником излучения. В 2000 г. началась эксплуатация модернизированной станции американской системы слежения за космосом в контейнерном исполнении, которую можно быстро развернуть в нужном месте. Проницающая способность телескопа превышает 20-ю звездную величину. Такому оборудованию могут позавидовать профессиональные астрономы.

ПОДРОБНЕЕ О КОСМИЧЕСКОМ МУСОРЕ

Отслеживаемые телескопами и радарами служб контроля и занесенные в каталоги объекты имеют минимальные размеры 10-30 см для низких орбит (высоты орбит от 200 до 2000 км) и около 1 м на геостационарной орбите (высота круговой экваториальной орбиты около 35 800 км).

Число объектов размером 1-10 см можно оценить лишь статистически (это примерно 70000 -150000 объектов), поскольку они не наблюдаются ни телескопами, ни радарами, и не могут поэтому быть занесены ни в какие каталоги. Количество частиц, имеющих размеры менее 1 см, оценивается в несколько миллионов. Количество объектов микронного и меньшего размера, газовой и пылевой фракций — порядка 1013-1014. Столкновение любого фрагмента размером более 1 см с действующим спутником опасно для последнего из-за большой кинетической энергии осколка и может стать причиной прекращения его функциональной деятельности (это еще не самое худшее последствие, если учесть, что на спутнике может находиться ядерный реактор).

Для оценки реального риска столкновения действующих спутников с фрагментами космического мусора необходимо учитывать и некаталогизированные объекты, что подразумевает знание их пространственного распределения. Для получения такой информации в настоящее время существует единственный путь — моделирование некаталогизированных популяций. Такие модели созданы в ведущих космических странах — в США, государствах Западной Европы и в России.

Основным источником некаталогизированных объектов являются разрушения космических аппаратов и ракет-носителей вследствие взрывов или высокоскоростных столкновений. При этом чем меньше размер фрагмента, тем большее количество обломков такого размера образуется. Следовательно, наблюдаемые обломки составляют лишь очень небольшую часть общего числа частиц, находящихся в околоземном пространстве.

Наиболее засорены, конечно же, часто используемые области околоземных орбит: на высотах 850-1200 км и в зоне геостационарных орбит. Здесь же концентрируется и космический мусор (рис. 2). На высотах 850-1200 км летают метеорологические спутники и спутники дистанционного зондирования Земли, а также большая часть спутников с ядерными энергетическими устройствами. Последние на этих высотах могут существовать сотни лет до полного исчезновения радиационной опасности. Случаи досрочного разрушения возможны вследствие соударения с частицей размером меньше 0.1 см, летящей со скоростью пули -10 км/с.

Рис. 2. Схематическое распределение космического мусора в непосредственной близости от Земли (данные Научной корпорации КАМАН, США, 1995) Видны два пояса уплотнения космического мусора: один на высотах 850-1200 км над поверхностью Земли, другой на высоте около 38500 км

В ближней части околоземного пространства, на высотах ниже 400 км, то есть в области полета пилотируемых аппаратов, также имеется большое количество космического мусора, но эти объекты сравнительно недолговечны: через несколько лет после образования они сгорают в атмосфере Земли. Периодическое самоочищение низких орбит за счет трения объекта об атмосферу вызвано тем, что эффект трения приводит к вековому изменению большой полуоси орбиты объекта, постепенно уменьшая ее, пока объект не войдет в плотные слои атмосферы и не сгорит в ней. Правда, в ряде случаев обломки спутников и верхних ступеней ракет падают на поверхность Земли.

Считалось, что на геостационарной орбите подобного механизма самоочищения не существует. Однако выполненный в Институте астрономии РАН цикл работ, посвященных изучению долговременной эволюции высокоорбитальных космических объектов под действием светового давления, в корне изменил это мнение. Дело в том, что из-за наличия реактивной силы, возникающей от переизлученного солнечного света поверхностью спутника или иного объекта, появляется сила давления, которая в случае асимметрии поля рассеяния его поверхностью (а это наблюдается практически у всех спутников и фрагментов космического мусора) вызывает долгопериодические и вековые изменения в большой полуоси, наклоне и эксцентриситете орбиты. Таким образом, можно утверждать, что и на геостационарной орбите существует механизм самоочищения.

СТОЛКНОВЕНИЯ И ВЗРЫВЫ НА ОРБИТАХ

Исследования, проведенные в последние годы в Институте астрономии РАН и НАСА, привели к выводу, что более 40% космического мусора, находящегося на низких околоземных орбитах, — это осколки, образовавшиеся в результате взрывов вторых ступеней ракет и спутников на орбитах. А что происходит с теми спутниками, которые располагаются на геостационарных орбитах?

На геостационарную орбиту спутники запускают с 1963 г., а уже через год некоторые из них перестают быть активными и их орбиты начинают эволюционировать. Это привело к тому, что в 90-х годах плоскости их орбит вновь сблизились с геостационарной орбитой, а в первые десятилетия XXI в. этот процесс станет массовым. Появится дополнительная опасность столкновений функционирующих объектов с отработавшими свой срок и как результат этого — образование массы новых фрагментов космического мусора. Поэтому необходимо держать под контролем все спутники и их перемещения на геостационарной орбите.

Такой контроль можно осуществить с помощью больших фотографических камер с широким полем зрения. В течение одной ночи они позволяют проконтролировать всю область геостационарной орбиты, видимую со станции наблюдения. Самая большая камера подобного типа (рис. 3), работающая в Институте астрономии РАН (Звенигородская обсерватория под Москвой), может охватить область около 100° по долготе и обнаружить все геостационарные объекты размером более 1 м. Фотографирование с большим перекрытием исключает возможность пропуска объектов, вызываемого их видимым перемещением, что вполне вероятно при обзоре такой большой зоны дискретными участками.

Рис. 3. Высокоточная астрономическая установка (камера ВАУ) Звенигородской обсерватории для фотографирования искусственных спутников Земли

Есть основания считать, что столкновения и взрывы спутников на геостационарной орбите происходят столь же часто, как и на низкой орбите, но поиск и изучение осколков на геостационарной орбите представляет собой особую проблему. Первым шагом в ее решении является установление факта взрыва. Наблюдениями твердо установлены три факта взрывов на геостационарной орбите. Однако эти же события можно выявить и по косвенным признакам: по внезапным изменениям элементов орбит спутников или скорости дрейфа наблюдаемого объекта. В Институте астрономии РАН проводилось сравнение значений большой полуоси орбит ракет-носителей на геостационарной орбите в момент запуска с их значениями в более поздние моменты времени. Всего было проанализировано около сотни орбит, из которых 19 показали значимые изменения большой полуоси (рис. 4). По-видимому, эти объекты претерпели взрыв или разрушение.

Космический мусор

Загрязнение околоземного космического пространства

Методы устранения космического мусора

К сожалению, человечество ещё не пришло к эффективным способам утилизации космического мусора. Очевидно, что в современном мире этот вопрос актуален и остро стоит перед людьми. На данный момент учёные предлагают несколько вариантов, но все они из области фантастики и являются нереально дорогими. И что еще важнее, пока выполнимы.

Из более возможных мер контроля и устранения можно использовать сбор, утилизацию и контроль полётов.

МУСОР КАК КОСМИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ

С начала освоения околоземного космического пространства прошло более 35 лет. За это время в результате запусков космических аппаратов образовалось множество достаточно мелких космических частиц и обломков. Как ни странно, изучение этого космического мусора уже стало новым направлением классической астрономии. Без анализа состояния загрязнения околоземного пространства невозможно дальнейшее освоение космоса.

Особенно остро стоит вопрос применительно к области низких (до высоты 2000 км) орбит, где загрязнение максимальное из-за большого количества мелких опасных объектов (крупные занесены в каталог). На Земле уже проводились исследования небольших районов на высотах от 300 до 600 километров с помощью радиолокационных станций. К сожалению, по этим данным трудно достоверно оценить степень загрязнения пространства космическим мусором. Детальных сведений о движении мелких объектов нет, поэтому изучение опасности столкновения с ними космических аппаратов требует, очевидно, статистического подхода. Например, в моделях оценки загрязнения, предложенных NASA (США) и ESA (Европейское космическое агентство), имитируются последствия всех известных запусков и разрушений спутников, а также возможных будущих аналогичных событий. При этом точность моделирования неизвестна. Оценки в таком случае могут отличаться на порядок.

В российской модели SDPA, разработанной в Центре космических наблюдений Росавиакосмоса, рассматриваются не отдельные составляющие космического мусора, а пространственное распределение их концентрации и, кроме того, величины и направление скорости космических объектов. Применение закономерностей движения этих объектов как спутников Земли при максимальном усреднении описания источников загрязнения позволило значительно уменьшить число вводимых в расчеты параметров. Именно российская модель SDPA оказалась наиболее экономичной с точки зрения затрат машинного времени и памяти. Только в расчетах концентраций, применяемых в нашей модели (с не худшей точностью), выполняется в 7400 раз меньше отдельных операций, чем в зарубежных моделях. Последние учитывают лишь взаимные столкновения довольно крупных обломков размером более 10 см. Однако, по российским данным, уже на высотах 800-1000 км доля взаимных столкновений с малыми объектами (0,25-0,5 см) составляет не менее 30%. А с учетом микрометеоритов — по-видимому, еще больше. Таким образом, различие оценок плотности потока космического мусора и его средней скорости, возможности столкновений обломков с космическими аппаратами в российской и зарубежных моделях весьма существенное (27-37%).

Ежеминутно происходит антропогенное разрушительное влияние на небесные просторы. Космическое пространство просто кишит веществами и объектами, занесенными туда людьми. Отмечается постоянное загрязнение космоса.

Загрязнение космоса: причины и основные источники

Загрязнение космоса имеет множество причин и явлений. Этим и обусловлен постоянный процесс засорения пространства.
Например, при запуске ракет возникает выброс частей установок. К тому же, работа реактивных двигателей насыщает пространство химическими веществами, несвойственными космической среде. Опять же, космический мусор как источник засорения околоземного пространства выступает устрашающим явлением. Помимо этого, электромагнитное излучение и радиоактивное загрязнение, поступающей от радиопередающих систем и спутников.

Космический мусор

Ведь увеличение космического мусора приводит к усложнению освоения космоса. А это точно не входит в наши планы. К чему же приведёт возможное падение крупных мусорных объектов — страшно представить. Как видно, с этим нужно что-то делать.

Интересный факт установили учёные. Большее количество мусора попало в среду из-за космической работы России. На втором месте по загрязнению космоса стоит США.

Методы устранения космического мусора

Из более возможных мер контроля и устранения можно использовать сбор, утилизацию и контроль полётов.

Безусловно, загрязнение космического пространства является проблемой мирового характера. Необходимо создание международного права и проектов в данном направлении.

Космический мусор может стать новой глобальной проблемой. Когда-то в космосе его станет так много, что мы больше не сможем запускать новые спутники. Разбираемся, что представляет собой космический мусор

Что такое космический мусор

Космический мусор представляет собой твердые отходы космической деятельности. Сюда относятся неработоспособные спутники, запущенные человеком за 60 лет освоения космоса, вторая и третья ступени ракета-носителя (первая обычно падает в Тихий океан), разгонные блоки и фрагменты спутников после взрыва или столкновений, например, фрагменты обшивки — так появляется космический мусор.

Ученые подсчитали, что сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков космического мусора размером более 1 мм и 34 тыс. частиц размером более 10 см. Все, что меньше 1 мм подсчитать крайне трудно, некоторые ученые говорят о триллионах таких частиц. Около 3 тыс. спутников вышли из строя из-за мусора и сами превратились в космический мусор.

Астрономы могут отследить только крупные фрагменты, так как скорость частиц может доходить до 14 км/с (зависит от орбиты). Россия и США сейчас наблюдают за 23 тыс. космических объектов размером от 10 см, каталогизировано же и того меньше — 17 тыс. При этом 95% каталога космических объектов составляет космический мусор.

Проблемы и угрозы

Степень опасности космического мусора определяется в основном тремя факторами:

как долго космический мусор находится на орбите;
какова скорость движения;
велика ли сложность утилизации космического мусора.

Главная проблема мусорного кризиса в космосе — выход из строя работающих спутников при столкновении с космическим мусором. Из-за больших скоростей опасность представляют даже частицы менее 1 см, они могут пробить противометеоритную защиту орбитальной станции. При столкновении с объектом более 10 см любой космический аппарат или станция гарантированно уничтожаются.

В мае 2016 года в Международную космическую станцию (МКС) влетела частица космического мусора размером в сотые доли миллиметра и оставила на МКС скол диаметром около 7 мм. Чтобы не допустить более разрушительных последствий МКС приходится регулярно менять свою орбиту, уворачиваясь от мусора.

Хоть мелкий мусор и не влечет за собой катастрофических последствий, однако его опасность заключается в гигантском объеме, неконтролируемом распределении в пространстве, огромной скорости и абсолютной непредсказуемости столкновений.

Сейчас около 99% потенциально опасных объектов вовсе не контролируется из-за их малых размеров и огромных скоростей.

Что такое синдром Кесслера и при чем он здесь

Ученые предполагают, что в какой-то момент мы больше не сможем выводить новые спутники на орбиты, так как они будут полностью заняты космическим мусором. Это может произойти из-за каскадного эффекта, который называется синдромом Кесслера:

стремительно растущий объем космического мусора будет производить другой мусор, а он, в свою очередь, по цепной реакции — новый мусор.

Общий характер каскадного эффекта такой же, как и у ядерной цепной реакции. Таким образом орбиты будут заняты, и человек больше не сможет запускать летательные аппараты по причине неконтролируемых столкновений.

Вероятность столкновений на любой орбите растет приблизительно пропорционально квадрату количества космических объектов. Есть ученые, которые считают, что каскадный эффект уже начался в некоторых орбитальных областях и для некоторых классов космического мусора (на высотах 900–1000 км и 1500 км).

Наиль Бахтигараев, старший научный сотрудник Института астрономии РАН:

Впрочем, на сегодняшний день столкновения работающих летательных аппаратов с космическим мусором на орбите происходят довольно редко благодаря работающим системам слежения. Существует другая проблема — взрывы старых спутников, на борту которых осталось топливо и отработанные аккумуляторы. Под различного рода воздействием они могут повреждать работающие спутники сильнее, чем обычные столкновения.

Утилизация космического мусора

Так как существующие технологии не способны избавить космос от мусора, то космические агентства начали уделять внимание профилактике. Для новых аппаратов предъявляют стандарты, например, на борту космических аппаратов закладывают ресурс, чтобы они могли уходить от столкновений с мусором. Также их снабжают броней, которая защищает космического мусора, но только от мелкого.

На сегодняшний день работающей технологией по утилизации космического мусора является увод старых спутников на соседние орбиты. Это можно сделать с помощью аппаратов-захватчиков, которые буксируют мусор на орбиты для захоронения. Также отработанные спутники могут сами уходить со своих мест на остатках топлива. Но массово эти методы не применяются.

Считается, что космический мусор не падает на Землю, но это не совсем так. Для отработанных крупных спутников и грузовых кораблей на Земле в Тихом океане существует свое кладбище, где их затапливают, так как они не сгорают в атмосфере. Это место расположено в южной части Тихого океана около точки Немо, самого удаленного от суши места на Земле. Над этим местом запрещено летать и проплывать кораблям. Так проблема космического мусора превращается в проблему земного мусора. С 1971 по 2016 года там захоронили минимум 260 аппаратов.

Сейчас перед астрофизиками стоит задача, как избавиться от мусора на геостационарной орбите или поясе Кларка. Она находится непосредственно над экватором Земли на расстоянии 35 786 км. Эта орбита очень привлекательна для запуска спутников, так как на ней летательные аппараты требуют меньше топлива и охватывают значительно больше поверхности Земли, чем на других орбитах. Однако количество точек стояния спутников на геостационарной орбите ограничено — их около 180. Помимо очистки геостационарной орбиты, важное значение имеет удаление космического мусора в окрестностях МКС, так как станция является дорогостоящей и очень уязвимой.

Космический мусор: карты и модели

Видео от Европейского космического агентства демонстрирует, насколько много мусора находится вокруг Земли. В начале модель показывает обломки больше 1 м, а в самом конце — количество космических объектов от 1 мм:

Читайте также: