Ғарыш кеңістігіндегі ғарыш қоқысы, ғарыш жүйелерінің ұшыру кезіндегі Жер атмосферасына әсері және бұл мәселелерді шешу жолдары

         Қазіргі кезде ғарыш аппараттарының ұшырылу ырғағына байланысты жер бетіндегі құрылғылардың көмегімен бақыланатын орбиталардағы бөлшектер саны орташа мәнмен жыл сайын 5%-ға артып келеді. Бақылауға алынбаған өте ұсақ бөлшектердің санының артуы оданда жоғары. Орбиталды бөлшектер санының артуын тежелтуге шаралар қолданбаса, уақыт өте келе жарықшақтардың бір-бірімен соқтығысу (каскадты эффект) әсеріне жарықшақтар санының каскадты артуы орбита ластануының критикалық тығыздығын тудырады. Қазіргі кезде ғарыш кеңістігінің ластану дәрежесін төмендету мәселесін шешуге арналған жұмыстардың кешенді бағдарламасын құрып, оны жүзеге асыру қажет.

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

«Мир» станциясының күн батареясы

ғарыш қалдықтарынының соққысына  ұшырады

 

Жер атмосферасына  ғарыш транспортты жүйелерінің  ұшырылуының әсері

 

         Орбиталды кешендерді, күнэлектрстанциялар  серіктерді ұшыру, Ай база-станциясын  жасау сияқты мәселелерді шешумен  қатар қоршаған ортаның экологиясы  туралы ұмытпау қажет. Ғарышты  интенсивті игеру жер маңайындағы  ортаға өте сезімді әсерлерге  әкеледі.

         Алдымен бұл транспорты ғарыш  жүйелерінің (зымыран-тасығыштар  мен ғарыш буксирлер) ұшырылуының  көбею санына байланысты. Қазіргі  кезде жыл сайын орташа есеппен  шамамен 100-120 зымыран-тасығыштар  ұшырылады. Зымыран-тасығыштардың  ұшыру кезіндегі жану өнімдерінің  бөлінуі жер атмосферасына әсерін  тигізеді. Келешекте зиянды әсерлерді  болдырмау үшін осы жердің  күйін бағалау қажет.

         Кестеде әртүрлі зымыран тасығыштарын  ұшырғанда атмосферадағы жану  өнімдерінің құралымен мөлшері  көрсетілген:

 

Шығару өнімдері,т	Жану өнімдерінің құралы
	Н2О	СО	СО2	Н2	N2	HCl	Al2O3
Зымыран-тасығыш
«Зенит»	115	98	186	2
«Атлас-Центивр»	51	23,5	45	0,9
«Ариан-4»	83	99	68	1,4	94	7,8	10,7
«Энергия»	1084	340	649	27
«Шаттл»	727	326	13	52	88	225	310

 

         Зымыранның жану өнімдерінің шығару биіктігіне байланысты жер атмосферасына тигізетін экологиялық әсерін қарастыру үшін атмосфераны үш қабатқа:тропосфераға, стратосфераға және ионосфераға бөліп алу тиімді.

Тропосфера – бұл жер бетінен тропиктерде 16-18км-ге дейін, орталық еңдіктерде – 10-12км-ге дейін, ал полярлық еңдіктерде 8-10км-ге дейін биіктіктерде орналасқан атмосфераның төменгі, негізгі бөлігі. Тропосфера 6,5град/км вертикаль градиентпен биіктікке байланысты температураның төмендеуімен және горизонталь және вертикаль бағыттарда ластанудың тез араласуын қамтитын өте дамыған турбуленттікпен сипатталады.

Стратосфера – тропосферадан жоғары орналасқан және 50км биіктікке дейін созылған атмосфера қабаты. Стратосфера мен озоносфера қабаттасқан. Озоносфера – бұл озон үлкен мөлшерде шоғырланған қабат, ол Жерді және оның бетіндегі барлық тіршілікті қысқатолқынды ультракүлгін күн радиациясының зиянды әсерінен қорғайды. 24-26км биіктіктерде орта еңдіктерде озонның максимал тығыздығы байқалады. Стратосфераның ерекшелігі атмосфераның жылулық және динамикалық күйлеріне әсерін тигізетін аэрозольдік қабаттар.

Ионосфера 60-80км-ден шамамен 400км биіктікке созылған. Мұнда биіктікке байланысты салыстырмалы мөлшері артатын зарядталған бөлшектер(иондар мен электрондар) байқалады. Ионосфераның ерекшелігі әртүрлі жиілік диапозондардағы радиотолқындардың таралуына әсер тигізу қабілетінде.

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ионосферадағы скайлэб-эффект: 1-электрондар шоғырының орташа тәуліктік  өлшеулері; 2-«Скайлэб» станциясының әр күнгі электрондық шоғырының  өзгерісі; 3 – ұшыру кезінде.

 

Ғарыш тасығыштарының ұшырылуы қоршаған ортаға тигізетін негізгі зиянды факторлары болып  сәре кезінде жану өнімдерінің көп мөлшерде тропосферада таралуы, стратосферада озон шоғырының және ионосферада еркін электрондардың кемуі.

Атмосферадағы  (СО₂) көміртек оксиді Жердің радиациялық балансына әсер етеді, оның мөлшерінің  ұлғаюы булану эффектісіне - Жер бетінің және ауа температурасының жоғарылауына әкелуі мүмкін. Жыл сайын отынның жану өнімдерімен бірге тропосфераға 20000млн т СО₂ енеді (салыстырсақ мұнай жаққанда – 8200, көмір – 2300, газ – 2700 және ағаш – 1800 млн т).

Су мен сутегі тропосфераға ешқандай зиянды әсерін тигізбейді. Молекулярлық азот атмосфералық ауаның табиғи құраушысы  болып есептеледі, зымыран тасығышы ұшырылғанда бөлінетін аммиак қоршаған ауамен араластырылады, және оның шоғыры шекті мүмкін болатын мөлшерге дейін төмендейді.

Зымыран-тасығыш ұшырылу аумағында хлорлы сутегі мен аллюминий окисиді ауаға таралу мүмкін және олар қышқылды жаңбырдың түсуіне, бұлт аймағының токсинді ластануына, ауа райының өзгеруіне әкеледі.

         15-50км биіктіктегі стратосферада  негізгі экологиялық роль озон  қабаты ойнайды. Озонның бұзылуының  негізгі көзі – бұл каталитикалық  реакциялар. Жердің жалпы атмосферасының  массасының (5*10¹⁵т) озон иесіне 3*10⁹т келеді. Егер оны қалыпты жағдайға әкелсек, жер айналасында қалыңдығы небәрі 3мм болатын қабат пайда болады. Ультракүлгін сәулеленуінің артуы атмосферадағы озонның 1%-ға кемуіне әкеледі, бұл адамдардың тері ракімен ауруына шалдығуын 2%-ға жоғарылатады.

Қазіргі кезде соңғы 20 жыл  ішінде жер атмосферасында озонның  жалпы мөлшерінің кемуі байқалады және мұның себебі стратосфераның антропогендік ластануы болып есептеледі. Мұндай ластанудың көзі – бұл аэрозольді құрылғыларда және тоңазытқыштар мен кондиционерлерде хладоагент ретінде қолданатын фреондар.

         Зымыран-тасығышын жану өнімдері озон қабатына үлкен зиянын тигізеді. Олар өндірістік ластануымен салыстырғанда өте аз, бірақ оларға қарағанда атмосфераның биіктіктерінің кең диапозонында байқалады. Кез келген зымыран-тасығышы ұшырылғанда озон қабатында «терезе» пайда болады, ол уақыт өте келе бітеледі. Озон зымырандардың жану өнімдерінде көп мөлшерде болатын су буының әсерлерінен бұзылады. «Терезелердің» өлшемдері ұлғаяды, егер қатты отынды зымыран қозғалтқыш қолданса.

Экологиялық жағынан қарасақ, сұйықтық зымыран қозғалтқышы бар зымырандар қолайлы.

Зымыран тасығышының ионосферада ұшырылуы қандай процестерге әкеледі?

Мамандар 60-шы жылдары қызықты  құбылыстарға назар аударды. Зымыран  ұшырылуда «саңылау» пайда болады, ол бірнеше сағаттан  кейін бітеледі. Мұның себебі деп сирек ионосфералық плазма зымыран бөлетін газдармен  итеріледі. 1979 жылы «Атлас-Центавр» зымыран-тасығышы ұшырылғанда ионосферада скайлэб-эффект байқалды. Сол кезде ауданы 1-3млн км² ионосфералық «тесік» пайда болды. Өлшеулер көрсеткендей, иондар мен электрондардың 80 %-ы зымыран өтіп кеткеннен кейін 2минут ішінде жоғалады екен.

Жерге жақын кеңістікте, соның ішінде атмосферада антропогендік  құбылыстарды зерттеу және болжау үшін активті эксперименттер жүргізеді.

Активті эксперименттердің  I тобы – бұл белгіленген атомдар эксперименті. Мұнда зымыраннан жарқырайтын бұлттар ретінде сілтілі металдар булары инжекцияланады. 

Эксперименттің II тобы ортаның локальді «мөлшерлі» ауытқуларын жүзеге асырады. Бұл эксперименттердің нәтижелері ионосфералық «тесіктердің» пайда болу механизмінен тереңірек танысуға әкеледі және ионосфераның жасанды ауытқудың модельдерін тексереді.

Жоғарғы атмосфераның, ионосфераның және магнитосфераның күйін болжауын бақылау мақсатында арнайы гелиофизикалық қызмет құрылған. Бұл қызмет дамыған  бақылау жүйесіне негізделеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ғарыш кеңістігін «ғарыш қоқысынан» тазарту шараларының  бағдарламасы

 

        Бағдарламаның техникалық бөлігі үш тараудан құралу қажет. Бірінші тарауға ғарыш аппараттарының  “ғарыш қоқысымен” соқтығысу мүмкіндігін бағалауға алатын ғарыш кеңістігінің әрі қарай ластану дәрежесін нақтылайтын және болжайтын шаралар кіру қажет. Тарауға “ғарыш қоқысының” тіркелген бөлшектерінің тізімін ұлғайтуға, ғарыш объекттерін табу, бақылау құрылғыларын дамыту зерттеулерін жүргізумен қатар, қазіргі технологияларды қолданып өлшеу тәсілдерін, нәтижелерді өңдеу және берілгендерді басқару жұмыстарын кіргізу керек. Бірақ мына жерде ескеретініміз үздіксіз өзгеру салдарынан пайда болған жарықшақтар орбиталарын өлшеп, қажет ететін жақтарға “ескертулер” беру қазіргі кезде белгілі ірі бөлшектер санында да мүмкіндік болмайды. Тікелей бақылауға бағынбайтын ұсақ бөлшектер траекториясын болжау мүлдем мүмкін емес.

Кішіөлшемді бөлшектерді  бақылау мүмкіндігі шектеулі болғандықтан ұсақ жарықшақтардың пайда болуының негізгі көздері болып есептелетін  орбитадағы ғарыш объекттерінің  соқтығысуы мен қирауларды моделдеу қажеттілігіне әкеліп соғады. Ғарыш  объектілер конструкцияларына қатысты  соқтығысатын техногенді жарықшақтар  бір-бірінен материалдар тығыздығымен, өлшемдерімен, пішінімен айырықшаланады. Моделдеу негізінде жер бетіндегі құрылғылардағы соқтығысудың нақты жылдамдықтарына жақын жылдамдықтарға дейін үдете алатын эксперименттер мен аналитикалық тәсілдер салынған. Зерттеулер нәтижелері әр түрлі конструкциялар түрлерінің (“құрғақ” жанармай бактардың, қысымдағы баллондардың және т.б) орбиталды ұшу жағдайында “ғарыш қоқысы ” бөлшектерімен соқтығысуынан қирауларды есептеудің инженерлік тәсілдерімен теорияларды дамытқанда пайдаланады.

         Моделдеу нәтижелерін тексеруі мен орбитадағы ұсақ жарықшақтар санын бағалауға қажет берілгендердің келесі көзі болып ғарыштық бақылаулар есептеледі. Метеорлық жағдаймен бірге ғарыштың техногендік ластану дәрежесін зерделеу қазіргі кезде:

• Станцияларға орнатылған, қалыңдығы әр түрлі сезгіш қабаттары бар конденсаторлық тескіш детекторлардың;
• Құрастырмалы материалдар үлгілері бар жерге қайтып келетін көлемді кассеттердің;
• Жерге қайтып келетін ғарыш аппараттары мен ғарыш станцияларының ашық металл беттерімен иллюминаторды тексерудің көмегімен орбиталды станциялар мен ғарыш аппараттарының конструкцияларына микро бөлшектердің әсер ету нәтижелері бойынша жүргізіледі.

Жарықшақ үлгілері зертхана жағдайында микроскоптармен масс-спектрлер  көмегімен зертттеледі. Кратерлердегі  бөлшек қалдықтарын элементтік сараптама  жасау арқылы және сканерлейтін электрондық  микроскопты қолдану арқылы табиғи метеориттердің соқтығысу іздерін табиғаты жасанды бөлшектерді тудыратын кратерлердегі іздерді айырып алуға болады.

         Ғарыштық техногендік бөлшектермен ластануының артуын үлгіліердің бүліну интенсивтілігінің жоғарлауы сипаттайды. Мысалы, «Салют-6», «Салют-7» орбиталды станцияларындағы қалыңдығы 10 және 20 мкм аллюминий фольга үлгісінің тесілу саны мәліметтері бойынша орбитада 350 км  биіктікте өлшемдері 0,001-0,003 мм жоғары жылдамдықты бөлшектердің ағыны 5 жыл ішінде 33% - ға артты деп айтуға болады.

         «Спейс-Шаттл» атты көп қолданбалы орбиталды кемелердің көмегімен жерге қайта оралатын серіктерді ғарыш қоқысқа толып жатқаны туралы мәліметтер береді. Мысалы, американдық LDEF серік – платформада (орбитада 6 жыл болған) өлшемдері 0,01 см және одан үлкен бөлшектердің жасаған 500 дей тесіктер табылған.

         Ғарыштағы микробөлшектердің сипаттамаларын эффективті өлшеулерін сериялық ғарыш аппараттарына қосымша пайдалы жүктеме ретінде орбитаға шығарылатын арнайы кіші серіктер көмегімен жүргізуге болады. Бұл жерге жақын ғарыш кеңістігінің метеорлы-техногенді ластануын анықтауға жүргізілетін зерттеулер аймағын кеңейтіп, шығындарды кемітеді. Серіктің үрмелі секцияларының тесілуі кезіндегі соқтығысатын метеорлы немесе техногенді бөлшекті тіркеуді конденсаторлы пленкосы өлшегіш көмегімен жүзеге асырылады. Бұл бөлшектердің массасы мен жылдамдығы иондық өлшегіш көмегімен анықталады. Серікте орналасқан ғылыми аппаратурадан алынатын мәлімет алғашқы өндірілуден кейін тіркеліп, серік радиобайланыс  болған аймақта орналасқанда жерге жіберіледі.

         Кешенді моделдеу және ғарыш кеңістігінің ірі және ұсақ бөлшектермен      ластануын бақылау ғарыш аппараттарының   “ғарыш қоқысымен” соқтығысу қаупінің дәрежесін болжаулап сәйкес шаралар қолдануға мүмкіндік береді.

Осындай шаралардың бірі болып  орбиталды жарықшақтармен соқтығысу  кезінде жарақаттан қорғайтын ғарыш  аппараттың борттық қорғанысы жасақталды. Ең қолайлы тәсілдер – бұл ғарыш  аппаратының жүйелерін резервтеу  және конструкцияны экрандау метеорлы бөлшектерден қорғаныс ретінде бұрында  қолданып келді. Бірақ техногенді бөлшектер  өз өлшемдері бойынша метеоритті бөлшектерден үлкен, сондықтан эффективті және сенімді қорғанысты талап етеді.

         Көптеген жағдайда ғарыш аппаратына соғылып, бірақ оны қирата алмайтын ұсақ жарықшақтан жалпы экрандық қорғаныс қолданылады. Өте сенімді құралдар сезімтал аппаратураларды қорғау үшін қолданылады. Мысалы, соқтығысу қауіпінен өте сезімтал құрылғыларды торлар немесе жалюздер жүйесін қолданады. Қазіргі кезде ғарыш аппараттары корпус ракушкамен жабдықталған. Бұл ғарыш аппараттары өлшегіштер мен актенналар шығарылатын саңылаулары бар қорғаныс корпусымен жабдықталған. Соқтығысу қаупі туған кезде өлшегіштер мен актенналар корпус ішіне кіріп кетеді. Көпқабатты қорғаныс ойлап табылған, мұнда сыртқы қабат соққыны өзіне асып, жарықшақтардың 80%-ын таратып жібереді. Қалған жарықшақтардың  20% -ы экран шағылады және өздерінің кіші өлшеміне байланысты ешқандай қауіп тудырмайды.