Экология космоса

Кроме того, в обязанности этой службы входит обеспечение непосредственной безопасности космических полетов путем предупреждения о возможных столкновениях, а также определение принадлежности фрагментов космических объектов.

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.

Нами проанализированы различные источники информации, в результате чего была составлена следующая диаграмма, позволяющая наглядно оценить степень «вклада» различных стран в засорение околоземного пространства крупными неуправляемыми объектами. (Приложение 4)

Наибольший вклад в засорение космического пространства внесли Россия и США. На орбитах разных высот побывало несколько десятков тысяч объектов различного назначения. Отработавшие на высоте 1 000 км спутники могут продолжать свое существование в течение многих сотен лет, причем, чем выше их орбита, тем продолжительнее срок «жизни» этого мертвого груза. Со временем же они разрушаются, пополняя мусорное облако, роящееся вокруг нашей планеты. Самыми старыми из таких остатков являются обломки второго американского спутника, запущенного еще в 1958 году. Мусорные мешки, использованные за период эксплуатации станции «Мир», тоже кружат в этом вихре.

А вот данные, полученные за последние 5 лет:

МОСКВА, 27 дек 2005 года – РИА Новости. Россия второй год подряд лидирует по числу запусков космических аппаратов. Об этом журналистам сообщил руководитель Федерального космического агентства Анатолий Перминов.

"В этом году у нас было 24 запуска ракет-носителей, которыми  было доставлено на орбиту 20 российских  космических аппаратов", – сказал Перминов. Он отметил, что США в текущем году сделали 16 пусков, а Европейское космическое агентство – 12. США доставили на орбиту 12 спутников, Евросоюз - девять, Китай – пять и Япония – два.

Итого: за год 52 пуска, выведено на орбиту 48 космических аппаратов. Получается, в среднем, что каждую неделю производится 1 запуск ракеты-носителя.

В 2010 году Россия потеряла три спутника системы ГЛОНАСС. При запуске  было залито лишнее топливо, нарушена процедура согласования решений.

Надо принять во внимание и тот факт, что 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.

На основании имеющихся сведений нами была составлена диаграмма и таблица классификации космического мусора по его типу и размеру. (Приложение 5,6)

Нами была построена также диаграмма, позволяющая оценить количество мусора среди всех крупных космических объектов – как действующих, так и уже отработавших. (Приложение 7)

Здесь видно, что подавляющее большинство  крупных объектов составляют бесполезные  части, по сути, мусор на орбите. К тому же, в число спутников входят и «мертвые», которых, как известно, не менее трети.

Способы очистки  космоса от мусора

По мнению многих ученых, орбитальный  мусор представляет растущую опасность  для космических полетов. Если не принять меры по очистке от него сейчас, то через 20-30 лет подобные полеты станут просто невозможными.

 Для предотвращения образования  крупных посторонних объектов  космические аппараты оснащают  специальными двигателями, позволяющими  переводить их на более высокие околоземные орбиты или притормаживать, чтобы, войдя в атмосферу, они сгорали в ней. В Советском Союзе и России для космических станций, грузовых и транспортных кораблей, выполнивших программу, предусмотрен такой управляемый вход в атмосферу, при котором несгоревшие элементы падают в океан.

 Именно таким образом 23 марта  2001 г. прекратила свое существование  космическая станция «Мир». Свыше  1500 обломков общей массой 25 тонн  упали и затонули в южной  части Тихого океана восточнее  Новой Зеландии, на 40-ё параллели недалеко от острова Рождества, в полосе шириной 200 км и длиной 3000 км. Этот район получил название «кладбища космических кораблей». И по сей день, он используется для затопления частей космических аппаратов, возвращающихся с орбиты. Но здесь же возникает вопрос о загрязнении Мирового океана обломками космических аппаратов.

Известен и другой способ очистки, когда космические аппараты снимаются с орбит с помощью специальных кораблей. Впервые подобный эксперимент был проведен в ноябре 1984 г. Экипаж корабля «Дискавери» возвратил на Землю два спутника: американский «Уэстар-6» и индонезийский «Палапа В-2», которые при запуске не удалось вывести на геостационарную орбиту. Однако этот способ чрезвычайно дорог.

 Сбор и утилизация не столь  крупного космического мусора представляют собой гораздо более сложную задачу. Видимо, для ее решения уже в недалеком будущем придется создавать и выводить в космос специальные мусоросборники. Космический корабль оснащен рукой-роботом, захватывает мусор клещами и помещает его в специальный отсек. Это устройство позволит очистить космос от отработанных спутников и ступеней ракет. Заполненный мусором отсек возвращается на Землю для утилизации. (Приложение 8)

Особой, также насущной проблемой является «замусоривание» точек зависания спутников на геостационарной орбите. Число таких удобных мест ограничено, и аппаратам приходится около них «толпиться». Дело усугубляется еще и спутниками, утратившими работоспособность. В этом случае подходящим способом очистки является их перемещение в менее занятые точки на той же орбите или на другую, более низкую либо более высокую орбиту.

Ученые из университета Суррей, Великобритания, разработали устройство «CubeSail», для  решения проблемы удаления мусора с околоземной орбиты. Космический аппарат для сбора мусора представляет собой небольшой куб с размерами 10 * 10 * 30 сантиметров весом всего 3 килограмма, который на орбите будет разворачиваться в пластиковый парус площадью около 25 квадратных метров.

Способ прост.  Как считают авторы изобретения, лист, вместе с пойманными объектами космического мусора, вскоре «затормозится» о слабо разряженную на низких орбитах атмосферу Земли, замедлит скорость полета, заставив войти его в плотную атмосферу Земли и сгореть. Для более высоких орбит можно использовать давление солнечного ветра, развернув парус так, что бы солнечный ветер толкал парус с мусором к Земле.  Подобный способ утилизации мусора намного быстрее, чем бы то же самое произошло с мусором естественным путем.

Испытание нового аппарата намечены на 2011 год. Если испытания по сбору  мусора пройдут хорошо, подобными  устройствами начнут оснащать все запускаемые  на орбиту Земли космические аппараты, что положит начало работы системы  по очищению орбиты Земли от космического мусора.

Глобальная Аэрокосмическая Корпорация (GAC) 2-го августа 2010 года представила разработку доктора Кристин Л. Гейтса по утилизации орбитальных космических объектов на Конференции Специалистов Астродинамике в Торонто, Онтарио, Канада.

Доктор Кристин Гейтс предложил необычайно простую и красивую идею по этому поводу. Он разработал систему сбора космического мусора GOLD (Gossamer Orbit Lowering Device), которая была представлена на сессии «Искусственный и Природный Мусор Космоса» в рамках Конференции Специалистов Астродинамики.

Космический сборщик мусора GOLD по задумке автора, будет представлять собой надувной шар размером с  футбольное поле, изготовленный из супертонкого, но суперпрочного материала, немного напоминающего солнечный  парус. В сдутом состоянии плотно упакованный шар запускается на орбиту, прикрепляется к неработающему спутнику и надувается. Благодаря огромной парусности, которая приводит к постепенному замедлению орбитальной скорости объекта даже в очень сильно разряженных слоях атмосферы, космический объект постепенно снижается до тех пор, пока не входит в плотные слои атмосферы. Да-да, даже на высоких околоземных орбитах редкие молекулы газа способны повлиять на скорость большого, но легкого объекта.

Этот эффект бы замечен еще в 1970-х годах на примере спутника Skylab, когда эффект неуправляемого снижения искусственных объектов был еще недостаточно изучен. Таким образом, срок пребывания неиспользуемых объектов на орбите может быть сокращен со столетий до нескольких месяцев. Этот метод спуска обещает быть наиболее эффективным для объектов, находящихся на высотах 750-900 километров.

Необходимо отметить, что пристыковка  спускательного баллона GOLD к мертвым  спутникам, тоже не самая простая  задача, но этот метод выглядит на сегодняшний день наиболее эффективным и сравнительно недорогим. Новые же спутники будут изначально оснащаться компактным спускательным шаром, который будет раскрываться при истечении срока службы объекта.

 Таким образом, для перевода использованного объекта на более низкую орбиту не потребуется дополнительного расхода столь ценного (с учетом стоимости доставки на орбиту) топлива. Прочность предложенного материала, из которого изготовлен шар GOLD такова, что даже при столкновении с другими обломками он не разрушится, а значит и не  пополнит горы, а точнее кольца, космического мусора на орбите Земли.

Американские учёные предложили ловить отходы с помощью сети. (Приложение 9) В космосе разворачивается нечто вроде рыболовной сети из полимерных материалов, достаточно прочных, чтобы избежать повреждений при столкновении с космической пылью. Такую сеть прикрепляют к небольшому спутнику, после этого она должна развернуться, поймать мусор и снова свернуться со своей добычей. Наиболее применима для крупных отходов: обломков спутников и ракет. Собранные отходы возвращаются на космическом корабле на Землю для утилизации.

Заключение

Космические перспективы человечества в принципе безграничны. Это означает реальность неуклонного расширения в пространстве (и времени) области взаимодействия общества и природы. Вместе с тем, над миром нависла угроза глобального экологического кризиса, понимаемая всем населением планеты, а надежда на его предотвращение состоит в непрерывном экологическом образовании и просвещении людей.

Всерьез о проблемах загрязнения, связанных с космической деятельностью,  заговорили лишь в 80-е годы 20 века, так  как сложившееся положение в  околоземном пространстве начало представлять угрозу для окружающей среды, для  пилотируемой космонавтики, для долговременных спутников и космических аппаратов, наконец, просто для населения Земли. Исключительное значение имеет определение возможных последствий освоения космоса на состояние биосферы. Даже запуск одной ракеты сказывается негативно на состоянии окружающей среды, для пилотируемой космонавтики, для долговременных спутников и космических аппаратов, наконец, просто для населения Земли.

Ситуация на космической  свалке между тем весьма остро  ставит уже сегодня ряд проблем  перед мировым сообществом.

Угроза падения тяжелых  космических объектов на города, промышленные предприятия, атомные энергостанции  и армейские арсеналы вполне реальна. Такие случаи уже были, но, по счастью, непосредственных ударов по этим опасным  целям не произошло. В 1978 г. спутник "Космос-954" упал в таежной части Северной Канады, годом позже обломки американской космической станции "Скайлэб" рассыпались над пустынными районами Австралии, а в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии в 1964 г. радиоактивные материалы рассеялись над Индийским океаном.

 Не менее опасны и еще более возможны соударения в космосе, которые в единый миг могут разрушить самые мощные и дорогостоящие аппараты.

Засорение космическим  мусором поверхности Земли и Мирового океана еще усугублено тем, что время существования этих фрагментов весьма растянуто. Есть уже и сейчас объекты, которые упадут на Землю в течение 100-300 лет. У низколетящих срок «жизни» намного меньше, и они, поэтому еще опаснее, что и требует скорейшего разрешения проблем очистки околоземного пространства.

В результате данной исследовательской работы намечен план разрешения проблемы утилизации космического мусора:

1. Необходимо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений.
2. Необходимо выработать международные правила космического движения.
3. Выработать новые, единые требования к космической технике, определить зоны работы спутников.
4. Обязательно еще до запуска в космос оговорить методику захоронения выработавших свой срок аппаратов.
5. Внести в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива.
6. Объединить усилия ученых разных стран по разработке технологии сбора и утилизации космического мусора.
7. Следует совершенствовать конструкции спутников, космических кораблей и ракет, чтобы       от них оставалось как можно меньше космического мусора.

Но, как известно, избавиться от загрязнения окружающей среды  гораздо сложнее, чем предотвратить его загрязнение. Для сдерживания этого опасного процесса требуется безотлагательная работа, и принятие специальных мер всеми участвующими в освоении космоса государствами.