Воздействие космической деятельности на окружающую среду доклад

Обновлено: 04.07.2024

1. Рыхлова Л.В. Проблема космического мусора / Л.В. Рыхлова // Земля и Вселенная. – 1993. – №6. – С. 36.

2. Фадин И.М. Экологические аспекты освоения космического пространства / И.М. Фадин // Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под. ред. Н.И. Иванова и И.М. Фадина. – 2–е изд. – М.: Логос, 2006. – С. 387–424 . .

Актуальность проекта. Освоение космоса вот уже более 60 лет приносит огромную практическую пользу, но вместе с тем, при запуске современных космических ракет-носителей и других аппаратов, в атмосферу выделяется большое количество тепла и вредных веществ, которые отрицательно влияют на состояние земной и околоземной среды.

Основные виды антропогенного воздействия на околоземное космическое пространство:

• Загрязнение космическим мусором [2].

Цель, задачи и гипотезы проекта

Цель проекта .Теоретически обосновать, какие экологические проблемы присутствуют в космическом пространстве, и изучить способы по их минимизации.

Задачи проекта:

Гипотезы

Гипотеза №1: Экологические проблемы на Земле и экология космического пространства взаимосвязаны.

Гипотеза №2: Проблема загрязнения космического пространства мусором может принять масштаб катастрофы.

Гипотеза №3: Возможность избавления от космического мусора существует.

Разогрев ионосферы и магнитосферы

Источниками искусственных радиоизлучений, хотя и малой интенсивности, являются спутники и другие космические аппараты, вращающиеся вокруг Земли.

Антропогенное влияние на климат

Большой коралловый риф

Коралловые рифы – это крупнейшие в мире структуры, созданные на протяжении 250 млн. лет естественным путем живыми существами. [3] Рифам мешает повышение температур океанических вод, индустриальное загрязнение, избыточный рыбный промысел, увеличение количества осадочных пород и концентрации кислот.

На сегодняшний день известно, что 20% мировых коралловых рифов уже вымерли.

Коралловые рифы играют важную роль в поддержании экологического и климатического равновесия на всей планете. Они концентрируют в себе карбонаты, а, значит, и углерод. Температурный режим на планете зависит от соотношения атмосферного углекислого газа и углерода, растворенного в Мировом океане. Поэтому массовая гибель кораллов, несомненно, повлечёт увеличение концентрации углерода в воде, и, соответственно, климатические изменения.

К причинам таяния ледников все ученые относят пренебрежительное отношение к природе. Вырубка лесов, колоссальные объемы выхлопов, загрязнение почвы, воды и воздуха – все, что в итоге привело к развитию парникового эффекта. Специалисты строят самые печальные прогнозы:

К 2040 году Антарктида полностью останется безо льда.

Повышение средней температуры на планете на 2,5 градуса, наблюдаемое в последние 50 лет, приводят к повышению уровня Мирового океана.

Ледниковый покров тает, тем самым увеличиваются объемы водяных паров в атмосфере. Это приводит к усилению парникового эффекта, который, в свою очередь, и влияет на разрушения ледников – настоящий замкнутый круг.

3. Радиоактивное загрязнение

Радиоактивное заражение местности – заражение местности радиоактивными веществами, приводящее к повышению уровня радиации до опасных для человека значений (свыше 30 мкР/ч).

К радиоактивному заражению местности приводит выпадение радиоактивных веществ с атмосферными осадками и их перенос с грунтовыми водами после:

• боевого применения или испытания ядерного оружия,

• аварий связанных, с повреждением или разрушением активной зоны ядерных реакторов, хранилищ радиоактивных материалов на них,

• в результате утечки радиоактивных отходов с предприятий, занимающихся их хранением или утилизацией.

Радиоактивное загрязнение поверхности Земли происходит также при падении спутников с ядерными установками.

Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно опасно, так как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках за счет появления многочисленных мутаций.

Наибольшее загрязнение атмосферы происходит при взрывах термоядерных устройств. Изотопы, образующиеся при этом, становятся источником радиоактивного распада в течение длительного времени. Самые опасные изотопы стронция-90 [5] (период полураспада 25 лет) и цезия-137 [6] (период полураспада 33 года).

Радиоактивное заражение приземного слоя атмосферы, воздушного пространства, местности происходит за счёт радиоактивных веществ, выпадающих из облака ядерного взрыва.

…Небольшое отступление от темы

Первая в мире атомная электростанция была построена в городе Обнинск Калужской области более 60 лет назад, и была невероятным прорывом, который показал, что в мире существует место для мирной ядерной энергетики. АЭС в Обнинске пробыла в эксплуатации с 1954 по 2002 год без единой аварии, она стала моделью стабильности, которой многие сегодняшние атомщики стараются подражать. Когда-то атомная электростанция была первой в мире, а сейчас она работает как музейный комплекс.

Фото 1. Автор фото: Холопкин А.М.

Отец и дедушка автора проекта работали операторами пульта управления ядерным реактором на Обнинской АЭС.

Да и сам автор проекта родилась в городе мирного атома.

4. Химическое загрязнение

Структурная формула несимметричного диметилгидразина

Н2NN(CH3)2 + 2N2O4 = 2CO2 + 3N2 + 4H2O.

Уравнение реакции несимметричного диметилгидразина и тетраоксида диазота

В современных твердотопливных двигателях большой мощности чаще всего применяют смесь перхлората аммония (NH4ClO4) в качестве окислителя с алюминием и каучуками. Основные продукты их выброса – вода и диоксид углерода.

За счет сжигания топлива разных видов на Земле в атмосферу сейчас ежегодно поступает 20 млрд. тонн СО2 и 700 млн. тонн других газообразных соединений и твердых частиц, в том числе 150 млн. тонн сернистого газа (SO3). Этот газ, соединяясь с атмосферной влагой (H2O+SO3=H2SO4), образует серную кислоту (H2SO4), что может приводить к выпадению так называемых кислотных дождей, отрицательно влияющих на растительный и животный мир.

5. Загрязнение мусором космического пространства

5.1. Причины появления космического мусора

В результате запусков и функционирования различных космических аппаратов в космосе накапливается огромное количество отработавших свой ресурс спутников, ракет, маневровых ступеней, различных защитных оболочек, отслоившихся частиц краски и прочее.

Космический мусор – это все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям [10]. Но они являются опасным фактором воздействия на действующие космические аппараты. Фрагмент диаметром даже в 1см, двигающийся со скоростью 10 км/с по эллиптической орбите вокруг Земли, может пробить противометеоритную защиту МКС, что приведет к нарушению герметичности. Содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные) материалы, объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и возможном попадание обломков на населенные пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации, сельскохозяйственные поля [1].

По данным ЦНИИМАШ, в околоземном пространстве, особенно на низкой орбите, находится огромное количество мелкого мусора, в том числе:

• более 23 000 бесполезных объектов диаметром свыше 10 см,

• сотни тысяч фрагментов диаметром от 1 см до 10 см,

• сотни миллионов частиц диаметром от 1 мм до 1 см,

• количество более мелкого космического мусора исчисляется миллиардами.

По расчетам специалистов ЦНИИМАШ, проведенным в первом квартале 2018 года, выявлено 7306 опасных сближений МКС, а также других космических аппаратов с потенциально опасными космическими объектами [16].

Космический мусор на околоземных орбитах, т.е. остатки того, что успели запустить за последние 50 лет, можно представить следующим образом:

Эта компьютерная модель создана сотрудниками NASA

Две основные причины появления космического мусора на орбитах.

Во-вторых, это космические аварии.

Специальные Службы контроля космического пространства, функционирующая как в России, так и в США отслеживают заселенность околоземного пространства объектами искусственного происхождения.

Но, к сожалению, наблюдениям доступны далеко не все обломки, составляющие космический мусор. Наземные радиолокационные системы могут обнаруживать только те объекты, диаметр которых на высоте до 2 000 км составляет не менее нескольких сантиметров, оптическим же телескопам доступны объекты от 1 м на высотах в несколько десятков километров. Все остальные объекты находятся вне зоны контроля, хотя и их количество, и огромные скорости, с которыми они мчатся вокруг Земли, представляют для человеческой активности в космосе реальную опасность.

Количество космических держав будет неуклонно расти, и к программе космических исследований присоединятся новые участники. Все это неизбежно приведет к увеличению запусков ракет и выведению на орбиты новых космических объектов. И как следствие, увеличение космического мусора.

5.3. Классификация космического мусора

На основании имеющихся сведений мною была составлена схема классификации космического мусора по его типу и размеру.

5.4. Способы избавления от космического мусора

В настоящее время очищение космоса происходит частично естественным путём – торможением обломков в верхних слоях атмосферы, где они и сгорают.

Специалистами выдвигаются различные идеи избавления от космического мусора [18], некоторые из них прошли апробацию:

• отправка нашего орбитального мусора на другие планеты;

• мусор снимать с орбит с помощью специальных кораблей;

• создавать и выводить в космос специальные мусоросборники;

• перемещение мусора в менее занятые точки на той же или другой орбите;

• робот-уборщик космического мусора; [20]

• рефабрикатор – 3D-принтер, использующий в качестве сырья переработанный им же мусор; [13]

• возвращать мусор на Землю в грузовом отсеке корабля;

• развернуть космопорты для хранения крупных обломков;

• захват космического мусора при помощи сети; [17]

• специальный гарпун для вылавливания вышедших из строя искусственных спутников и космического мусора [15].

Рис. 15. Захват космического мусора при помощи сети

При столкновении спутника с мусором часто образуется новый мусор, что приводит к неконтролируемому росту засорённости космоса (так называемый синдром Кесслера). По моделям NASA, на низкой околоземной орбите уже с 2007 года было достаточно крупного мусора и спутников для начала этого синдрома.

Даже при условии полного прекращения космических запусков – количество мусора будет расти [11].

5.5. Способы защиты от космического мусора в космосе

Количество мусора в космосе стремительно растет. Если в 80-х годах прошлого века речь шла о примерно 5 000 объектов, то в наши дни их число уже выросло примерно до 13 000. Причем эта цифра учитывает только обломки размером более 10 сантиметров, а с учетом более мелкого мусора эта цифра может возрасти до нескольких десятков миллионов, полагают японские эксперты.

При этом на низких орбитах отходы, возникшие в процессе освоения человеком космического пространства, несутся со скоростью, которая в десять раз превышает скорость пули – около 25 тыс. км в час. Поэтому их столкновение, например с Международной космической станцией, может привести к непоправимым последствиям.

Выводы, практические рекомендации и заключение

Цель моей работы достигнута. Все задачи выполнены. В начале работы над проектом я выдвинула гипотезу о взаимосвязанности экологических проблем на Земле и экологии космического пространства. Гипотеза подтвердилась. Экологические проблемы, такие как, тепловое загрязнение, радиоактивное и химическое загрязнение, наносят вред космическому пространству. Радиоактивные вещества в основном техногенного происхождения, влияют не только на окружающую среду, но и на жизнь самого человека, и на существование жизни в будущем. Загрязнение околоземного космического пространства имеет прямое влияние на климат планеты.

В третьей гипотезе я предположила существование возможности избавления от космического мусора. Возможно. Однако, потребуется недюжинная изобретательность и много терпения.

Я предлагаю следующие способы решения проблем:

• Установить новые международные стандарты.

• Начать делать спутники и космические станции более прочными.

• Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел).

• Оснастить спутники дополнительными системами управления.

Следующая фотография демонстрирует модель придуманной мной ловушки.

Фото 2. Автор фото: Николаева И.И.

В заключение хочу сказать, исходя из моих исследований, я пришла к выводу, что нужно минимизировать загрязнение и космического пространства, и Земли.

Обучающихся школы я ознакомила со своим проектом.

Данная работа может быть рекомендована к использованию на классных часах, уроках экологии, химии, астрономии и физики.

Осуществление ракетно-космической деятельности в целом не оказывает значительного по масштабам и уровню негативного воздействия на окружающую среду. В зависимости от особенностей ландшафтов подтрассовых территорий при пусках ракет-носителей (РН) и межконтинентальных баллистических ракет (МБР) с различными наклонениями целевых орбит определенную антропогенную нагрузку могут испытывать: земная поверхность, поверхностные и грунтовые воды, растительность, живые организмы, приземная атмосфера, озоновый слой и околоземное космическое пространство. Специфическое воздействие ракетно-космической деятельности на окружающую среду характеризуется следующими проявлениями:

– точечными химическими загрязнениями почвы токсичными компонентами ракетных топлив (КРТ) в местах приземления отработавших ступеней РН и МБР в отведенных районах падения;

– незначительными кратковременными засорениями территорий штатных районов падения фрагментами металлоконструкций отработавших ступеней РН;

– отдельными механическими повреждениями элементов ландшафта при падении отработавших ступеней РН и их эвакуации из районов падения;

– локальным и непродолжительным воздействием на атмосферный воздух и на озоновый слой в результате взаимодействия продуктов сгорания топлива с компонентами атмосферы при полете РН;

– засорением околоземного космического пространства продуктами космической деятельности техногенного происхождения (космическим мусором), в том числе отработавшими верхними ступенями РН, разгонными блоками, выведенными из эксплуатации космическими аппаратами и их конструкционными элементами.

В 2009 г. специалистами ракетно-космической промышленности и Минобороны России осуществлено 32 пуска ракет-носителей и межконтинентальных баллистических ракет с космическими аппаратами научного, социально-экономического, коммерческого и специального назначения с космодромов Байконур и Плесецк, в том числе пусков: РН “Союз” – 13, РН “Протон” – 10, РН “Зенит” – 3, РН “Рокот” – 3, РН “Космос-3М” – 1, РН “Циклон-3” – 1, ракеты РС-20 – 1. С космодрома Байконур проведено 24 пуска, с космодрома Плесецк – 8 пусков. В общей сложности на различные орбиты было выведено 29 российских и 20 зарубежных космических аппаратов. При проведении всех вышеупомянутых пусков полеты ракет-носителей и МБР на активном участке траекторий выведения космических аппаратов прошли по штатным циклограммам.

Суммарное количество загрязняющих веществ в виде газообразных и конденсированных компонентов, поступивших в атмосферу в результате проведения 32 пусков ракет-носителей, составило 6301,1 т, что не превышает доли процента от общих выбросов, произведенных в 2009 г. объектами промышленности, теплоэнергетики и транспорта, расположенными в регионах осуществления ракетно-космической деятельности.

Российскими и казахстанскими специалистами были продолжены работы по анализу и оценке экологического состояния компонентов окружающей среды в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей (ОЧРН) и на прилегающих к ним участках местности, расположенных как на территории Российской Федерации, так и на территории Республики Казахстан. Работы проводились в рамках реализации “Плана проведения ведомственного экологического мониторинга окружающей среды в зоне влияния комплекса Байконур на 2009 год”. Результаты исследований, выполнявшихся с привлечением региональных научных и природоохранных организаций, показали, что оценки степени загрязнения объектов окружающей среды компонентами ракетных топлив по сравнению с предыдущими годами практически не изменились, что свидетельствует о стабильности экологической обстановки в эксплуатируемых районах падения ОЧРН.

В 2009 г. проведение экологического сопровождения пусков ракет-носителей в соответствии с действующими организационно-распорядительными документами Роскосмоса и Минобороны России обеспечивалось специалистами ракетно-космической промышленности, Космических войск и научных организаций с привлечением соответствующих федеральных и региональных учреждений и специализированных служб. В рамках экологического сопровождения пусков ракет-носителей были осуществлены все необходимые мероприятия по обеспечению безопасности населения, проживающего на территориях, прилегающих к районам падения ОЧРН, по экологическому контролю объектов окружающей среды в этих районах, по очистке территорий от фрагментов ОЧРН и их утилизации, по детоксикации почвы в местах выявленных проливов компонентов ракетных топлив. Реализация этих мероприятий в значительной степени способствовала снижению социально-экономических последствий ракетно-космической деятельности и ее негативного воздействия на окружающую среду.

Выполненные в 2009 г. экологические обследования районов падения ОЧРН с применением современных методик анализа почв показали, что загрязнение компонентами ракетного топлива в местах падения первых ступеней ракет-носителей и МБР носит точечный характер. Токсичные компоненты ракетного топлива, в частности гептила, локализованы непосредственно на местах падения ОЧРН. Во всех пробах, взятых на удалении от места падения ОЧРН, гептила и его производных обнаружено не было. При этом отбор проб проводился как в районах падения ОЧРН, так и в населенных пунктах, расположенных на границах районов падения. Кроме того, было установлено, что в условиях торфяных болотных почв и арктического климата уровень загрязнения токсичными компонентами ракетного топлива в местах падения ОЧРН практически не меняется в течение года.

Проведенная оценка воздействия пусков ракет-носителей, осуществленных в 2009 г. с космодромов Байконур и Плесецк, на объекты окружающей среды и население показала, что эксплуатация ракетно-космической техники не привела к ухудшению общей экологической обстановки как в районах дислокации космодромов, так и в районах падения отделяющихся частей ракет-носителей.

Особым фактором негативного воздействия ракетно-космической деятельности на окружающую среду является техногенное засорение околоземного космического пространства космическим мусором. Впервые в мировой практике космической деятельности 10 февраля 2009 г. на высоте около 800 км произошло столкновение действующего американского космического аппарата “Иридиум-33”, входящего в глобальную систему мобильной связи “Иридиум”, и выведенного из эксплуатации в 1995 г. российского космического аппарата “Космос-2251”. В результате их столкновения в околоземном космическом пространстве образовалось более 700 фрагментов космического мусора разного размера, которые разлетелись на высоты от 200 до 1700 км. Угроза столкновения обломков космических аппаратов с Международной космической станцией (МКС) маловероятна, однако, при возникновении такой угрозы предусмотрен оперативный перевод МКС на другую орбиту.

С момента первого запуска спутника в открытый космос прошло 100 лет. За этот срок человечество успело превратить орбиту вокруг земли в технологическую свалку. Проблема космического мусора нависла над человечеством и игнорировать ее нельзя, иначе будут печальные последствия.

Что из себя представляет космический мусор

Космическим мусором называют отработанные и испорченные куски старых спутников, запускаемых с Земли на орбиту за последние пятьдесят лет. На околоземную орбиту приходится большой процент космического мусора. Объекты, которые попали в космос, не будут находиться в нем вечно. На них оказывают воздействие космические тела, другой космический мусор, а также космическое и солнечное излучение.

Количество мусора на орбите

Самая близкая к поверхности Земли орбита находится на расстоянии 2 тыс. км. от поверхности. По последним данным, фото со спутников на ней больше 220 000 предметов, сделанных людьми. Их общая масса переваливает за отметку в 5 тысяч тонн. Учёные выяснили, что среди всего этого мусора, объекты, имеющие диаметр более 1 см, находятся там в количестве от 60 до 100 тыс. штук. А вот найдено и уничтожено с помощью метода экстраполяции только 10-12 тыс.

Источники загрязнения космического пространства

исправно работающие аппараты – 6%;
выведенные из рабочего состояния КА – 22%;
разгонные блоки и ступени РН – 17%;
разные технологичные элементы, отходы, оставленные в результате процесса запуска, фрагменты, обломки разных устройств – 55%.

Космический мусор обладает неприятной особенностью: он может репродуцироваться в космосе, на орбите. Объекты большого размера и диаметра могут разваливаться на сотни и тысячи более мелких.

Специалисты NASA докладывают, что около 33% всего космического мусора — результаты 10 космических миссий, потерпевших провал.

Отработавшие свой срок спутники

Значительная часть космических аппаратов эксплуатируется 5-10 лет, а потом их заменяют на более новые и совершенные модели.

За последние пять лет более 6.5 тыс. спутников запустили с Земли в космос и примерно 55% из них (3.5 тыс.) продолжают свою работу до сих пор.

Сразу несколько компаний строят планы по покрытию спутниковым интернетом всей территории планеты. Компания OneWeb считает необходимым запустить около 700 аппаратов для этой цели, а SpaceX считает, что потребуется не менее 12 тыс.

Система спутников Starlink

Такие проекты могут привести к появлению на орбите гигантского количества мусора, но и создать реальную опасность столкновения космических аппаратов. Известен случай, когда в ноябре 2019 года европейский метеоспутник ADM-Aeolus практически чудом смог разминуться и не столкнуться с аппаратом Starlink от SpaceX.

Еще одну проблему начинают создавать кубсаты – малые и сверхмалые спутники, популярность которых с 2010 года набирает стремительные обороты. Они достаточно дешевы в производстве, занимают мало места, а потому на орбиту доставляются десятками за один раз, при этом они практически неуправляемы.

Спутник формата CubeSat

Проект был запущен в 60-х годах прошлого столетия и именно он стал причиной самого большого выброса космического мусора на орбиту планеты. Военные планировали создать искусственную ионосферу, которая позволяла бы поддерживать связь по всей Земле. Для реализации этой цели на орбиту земли вывели миллионы мелких иголок. Последние проработали не более недели, сломались и превратились в космический мусор. Значительная их часть сгорела в атмосфере, но большое количество до сих пор находятся на орбите.

Ракетные блоки

На килограмм массы, которая выводится в космос в рабочих целях, приходится около 5 кг дополнительной массы, которая неизбежно превратится в мусор.

Передовые ступени ракет-носителей сегодня способны возвращаться обратно на землю, что нельзя сказать о разгонных блоках, которые остаются за пределами атмосферы. Часто в них остается некоторое количество топлива (5-10%), которое иногда детонирует, превращая разгонный блок в тысячи мелких осколков.

Другие источники космического мусора

Опасность космического мусора

В течение долгого времени проблема загрязнения пространства космическим мусором казалась глубоко теоретической, но уже в середине 1980-х годов ученые серьезно обеспокоились этой проблемой.

Угроза для исправно работающих спутников

Самую большую опасность космический мусор представляет для работающих космических аппаратов. Как известно, на тела в космосе не воздействует сила трения, что заставляет объекты в нем передвигаться со значительной скоростью и постоянно. Даже осколок маленького диаметра в состоянии сбить большой аппарат, повредить технику или убить космонавта.

Самый печальный сценарий развития события был описан американским инженером Дональдом Кесслером. В своей работе он высказал, что если космический мусор продолжит увеличиваться в таких бесконтрольных объемах, это рано или поздно приведет к каскадному эффекту. Взрыв или банальный развал одного объекта, приведет к тому, что его обломки заденут другие, которые также развалятся, в свою очередь.

На текущий момент столкновение с космическим мусором все еще не представляет большой угрозы, однако, история уже знает подобные случаи:

От столкновения с космическим мусором страдали не только космические аппараты, но и пилотируемые корабли. В 1983 году после возвращения шаттла Challenger на его иллюминаторе был замечен глубокий след от удара микрочастицы краски. В 1999 году была угроза столкновения МКС с частью ракетного блока, от которого она успешно уклонилась.

Угроза космического мусора для Земли

Космический мусор является опасным и для населения планеты, однако, такая опасность не является значительной. Большая часть угрозы исходит от объектов, на борту которых содержатся радиоактивные элементы.

В 1964 году вышел из строя и взорвался американский аппарат, на борту которого находилась ядерная установка.

В 1976 году советский военный аппарат, содержащий на борту ядерный реактор, упал в Канаде, создав опасность для местного населения. Как сообщает НАСА, в течение каждого года сразу несколько крупных обломков КА достигают поверхностей Земли.

Более реальной угрозой становится то, что большое количество мусора на околоземной орбите может привести к тому, что для человечества будет закрыт доступ в космос.

Если ничего не предпринимать, космического мусора станет так много, что возможность совершать полеты будет полностью исключена. Помимо исследования космоса, закроется возможность для запуска спутников на орбиту.

Способы разрешения проблемы космического мусора

В 2017 году была созвана специальная Европейская конференция, целью которой было обсуждение проблемы большого количества мусора на орбите. На конференции собралось более 300 ученых, представляющих позиции разных стран. Они установили наиболее эффективные способы устранения космического мусора. По итогу проведенного заседания было обнаружено 750 000 обломков с диаметром больше 1 см. и 166 млн. объектов более мелкого размера.

Все уже существующие и пока только разрабатываемые способы устранения мусора можно разделить на две разных категории: профилактика и уборка.

К профилактическим мерам относят:

снижение веса выводимых в космос аппаратов;
усиление их защитных свойств;
увеличение длительности срока эксплуатации;
обязательная утилизация КА;
повышение показателей управляемости и маневренности.

Эти способы могут замедлить загрязнение космоса, но не избавят от уже находящихся там объектов. На сегодня не существует способов эффективного уничтожения мусора на орбите. Но есть некоторые проекты, над которыми трудятся учёные.

Защитные лазеры

Конструкторы рассчитывают, что подобные технологии позволят в прямом смысле испарять космический мусор. Сейчас в России учёные разрабатывают эту технологию для защиты МКС.

Использование гарпунной системы

Задумка заключается в том, что нерабочий мусор будет захватываться и отводиться в плотные слои атмосферы, а после утилизироваться. В начале 2019 года технология была успешно испытана – британский аппарат Remove DEBRIS смог подобным образом загарпунить часть спутника.

Использование воздушных шаров

Данную систему назвали Gold system. По задумке, космический мусор будет обволакивать надёжный и большой шар, который позволит увеличить аэродинамическое сопротивление объекта.

Буксировка на солнечном парусе

Исследовательский центр Surrey Space Centre разрабатывает технологию уборки космического мусора с помощью буксировки на специальном транспорте. Аппарат HybridSail с помощью специального троса будет стыковаться с мусорными объектами, а после разворачивать парус и увозить от орбиты.

Идею придумал ученый Гурудас Гангули из США. Он разработал идею распыления вольфрама на высоте 1.1 тыс. км. Согласно его расчетом, тяжёлый вольфрам будет медленно опускаться к поверхности Земли, тормозя на своем пути мелкий мусор, не нанося ущерба исправным аппаратам. Воплощение такой идеи займет не менее 20 лет.

Использование буксира

Для уборки космического мусора предлагается использовать специальные аппараты-буксировщики, которые будут вместе с собой увозить от орбиты мусорные объекты.

Орбитальная переработка

Идея состоит в переработке мусора на орбите. Спутники и другие вышедшие из строя объекты содержат много драгоценных металлов и полезных элементов.

Снимки из космоса

Опасность космического мусора существует как для Земли, так и для работающих спутников в космосе. Страны всего мира серьезно озадачены этой проблемой и разрабатывают пути ее решений.

Прежде всего, РКТ наносит значительный ущерб экологии поверхности Земли и здоровью проживающих на ней людей и животных, в основном в окрестностях полигонов запуска. Это настоятельно требует перехода к использованию нетоксичного ракетного топлива. Но и в таком случае остается еще один существенный фактор негативного влияния на окружающую среду, а именно – падение на Землю крупных обломков космических объектов (КО). Это также необходимо учитывать в борьбе с техногенным засорением космоса.

как минимизировать негативное влияние космического мусора (КМ) на деятельность человека в околоземном пространстве;
как сократить (если не прекратить) дальнейшее засорение ОКП;
каковы реальные способы очищения ОКП от космического мусора.

Как решается проблема сегодняВ настоящее время первый из поставленных вопросов решается следующим образом: на борту многих действующих космических аппаратов (КА) закладывается ресурс для совершения маневров уклонения от столкновений с КМ, а сами КА конструкторы вынуждены бронировать (бронирование защищает лишь от очень мелкого КМ, да и то не от всякого). Все это, безусловно, увеличивает затраты на космическую деятельность, но без этого не обойтись.

Конструкторы космической техники уже совершили определенные шаги на пути к сокращению дальнейшего засорения ОКП, хотя это далеко не все, что можно и нужно сделать. В частности, значительно сокращено высвобождение космического мусора, сопутствующего запуску и функционированию космических аппаратов, – временных и вспомогательных технологических придатков, уже сыгравших свою роль и более не нужных для дальнейшего активного существования КА.

Главной реальной радикальной мерой является удаление отработавших космических аппаратов, ракетносителей и других крупных космических объектов прежде всего из густонаселенных орбитальных областей. Осуществить это можно с помощью перевода таких КО на орбиту захоронения в конце функционального полета, что уже давно и успешно практикуется.

Так как при взрыве образуется значительное количество крупных и среднеразмерных фрагментов с потенциально длительным временем орбитального существования, а также множество мелкого КМ, то сокращение количества взрывов даст существенный положительный эффект в сдерживании будущего увеличения количества космического мусора. Единой рекомендации по предотвращению случайных взрывов нет. Но существует системный подход, называемый пассивацией КА. То есть для каждого потенциального источника запасенной на борту энергии разрабатывается безопасный метод ее рассеивания, который активируется в конце функционального существования космического аппарата.

Прямой путь к достижению снижения осколко-образования вследствие столкновений – сокращение количества столкновений с помощью маневров уклонения от них или удаление КО, грозящих столкновениями, из переполненных орбитальных областей.

Минимизировать количество КМ и продумать пути его утилизации можно еще на стадии проектирования КА. Реальным и действенным способом могут служить тщательно продуманные подходы к выбору его конструкции и материалов таким образом, чтобы при разрушении образовывались осколки с большим отношением площади поверхности к массе для их более интенсивного атмосферного торможения.

Еще один перспективный способ – принудительный ввод КА в атмосферу с применением замедляющих полет приемов или сокращение орбитального существования КА (ускорение естественного схода с орбиты), что, правда, подходит только для низкоорбитальных спутников. Но этот метод пока не вошел в обычную регулярную практику. Для выполнения такого типа маневров многие традиционные проекты КА и РН могут нуждаться в соответствующих модификациях. Конечно же, реализация этих способов сталкивается со значительными сложностями.

Перед планированием операций по активному удалению КО встает целый ряд вопросов: в каком орбитальном районе следует осуществлять такие операции в первую очередь, каковы главные цели этих операций, какой КМ следует удалять в первую очередь, каков будет выигрыш от этого, каким именно образом осуществлять операцию.

длительность срока орбитального существования КМ,
высокая скорость движения,
трудность утилизации КМ.

Крупный космический мусор устойчиво отслеживается системами контроля космического пространства (СККП), что позволяет без особых проблем осуществлять маневры уклонения от столкновений с ним. А вот среднеразмерный КМ сложно отследить, поэтому он гораздо опаснее крупного.

Столкновения с мелким КМ, несмотря на то, что его перемещения в космическом пространстве практически невозможно отследить, не так катастрофичны, как с КМ предыдущих двух категорий. Однако его опасность определяется грандиозным количеством, широким распределением в пространстве, огромной скоростью движения и абсолютной непредсказуемостью столкновений.

Для квалифицированного решения сложной проблемы исходная информация о ней должна быть предельно достоверной, точной и полной. К сожалению, сейчас в исходной информации о техногенном засорения ОКП есть большие пробелы. Достаточно полная, достоверная и точная информация доступна только о каталогизированных (то есть крупных) КО. Значит, можно вполне обоснованно осуществлять их увод с орбиты. Но это лишь одно из направлений борьбы с КМ. Не стоит забывать, что, как было подчеркнуто ранее, опасность для космической деятельности и астрономических наблюдений представляет и среднеразмерный, и мелкий КМ, к тому же он мало исследован.

В заключение подчеркнем, что одним из до сих пор упущенных фундаментальных шагов решения рассматриваемой проблемы является ее освещение и пропаганда на ранних стадиях образования – и в школе, и в вузах.

Текст: Виталий Адушкин, академик РАН, директор Института динамики геосфер РАН, Станислав Вениаминов, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского испытательного центра ЦНИИ войск ВКО, Станислав Козлов, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института динамики геосфер РАН

Читайте также: