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

         Ғарыштың техногендік ластануы кезінде ғарыш аппаратының ұзақ ерзімде жұмыс істеуін қамтамасыз етудің мәні өте зор және сәйкес жұмыстарды жүргізуді жоспарлайды, соның ішінде ғарыш аппаратының конструкциясына техногендік бөлшектердің әсерін зерттейтін құрылғылар жасау, соқтығысу процестерін моделдеу, ғарыш аппаратының қорғанысының концепциялары мен жаңа материалдарды  жасау және зерттеу.

         Бағдарламаның екінші бағыты – зымыран-ғарыштық техниканың бөлшектерімен  ғарыштың ластануын тоқтату. Бұл бағыт бойынша ең қолайлысы – бірнеше арнаулы серіктерді ауыстыра алатын әмбебап ғарыш платформаларын құрастыру. Ғарыш аппараттар санын кемітуге әкелетін келесі маңызды бағыт – бұл ресурстарды арттыру немесе олардың жұмыс істеу мерзімін жоғарлату. Әмбебап ғарыш платформалар негізінде телефон және сервистік байланысты, теле және радиобайланысты жүзеге асыра алатын массасы 16-18т ауыр серіктердің құрастырылуы геостанционарлық орбитада байланыстың барлық түрін қамтамасыз ете алатын 3серіктен тұратын жүйе құруға мүмкіндік берер еді. Бұл мәселені жай серіктермен шешу үшін 24-30 объекттерден тұратын жүйе қажет болар еді.

         Жоғарыда айтып кеткендей, “ ғарыш қоқысының” біраз бөлігі ғарыш аппараттарымен зымыран сатыларының қирауы мен жарылыстарынан пайда болады. Ғарышта объекттің ең алғашқы қирауы 1961 жылы байқалды, міне содан бері 130-дан астам объекттер орбитада жарылды. Негізінде жарылыс ойламаған апаттардан болды. Мысалы, ғарыш объектісінің ірі жанбаған бөліктерінің  адам көп мекендеген аймақтарына құлатпау себебінен әдейі жарады.

         Орбиталды объектілердің әдейі және өздігінен жарылуын жоққа шығару үшін және оларды орбитадан басқарылып алып кету үшін көптеген жұмыстар істелуі қажет. Өздігінен жарылыстың ең негізгі себебі болып термоконтейнерлердің ішінде болатын буферлік химиялық батареяларды қайта зарядтау кезінде жарылыс есептеледі. Ғарыш аппараттарының жарылуының келесі себебін американ мамандары   “Дельта” зымыран-тасғышының шеті істен шыққан жоғары сатыларының қарауларына сараптама жасау мезетінде анықтады. Олардың пайда болу механизмі келесіде екен. Қозғалтқыш жұмысы аяқталған кезде клапондарды жапқанда бактағы қысым бак жарылғанша артады екен. Пайда болған жарықшақтар екінші бакты тесіп, отын компоненттері араласып кеткенде сатының жарылысы байқалады. Қозғалтқышты өшіру кезінде отын багының шығару саңылаулары жабылмайтын етіп операциялар тізбегін өзгертіп, келешектегі жарылыстарды тоқтатты.

         Ғарыш аппаратын геостанционарлық орбитаға шығаратын   “Протон” тасығышының “Д ” атты үдеткіш блокта объект бөлінгеннен кейін отын бактарын үрмелеу газдары мен компоненттер қалдықтарын жою іске алынған, соның себебінен блок ғарыш аппаратының жұмыстық орбитасынан басқарылып шығарылады және пассивті ұшу процесінде оның қирау мүмкіндігі жойылады. Жұмыстың осы бағыты бойынша жоғарыда көрсетілген шығару схемасы  “Энергия”, “Протон”, “Зенит” сияқты зымыран-тасығыштарында іске асырылған.

Ғарыш аппараттарының өзіне  келетін болсақ, геостанционарлық орбитадағы объекттердің жұмыс істеу мерзімі  аяқталғаннан кейін, оларды борттың  құрылғы геостанционарлық орбитаға қатысты сыртқы орбиталарға шығарады, ал төменгі орбиталды ғарыш аппараттары  орбитадан шығарылып әлем мұхит  аймағына  “батырылады”.

         Бағдарлама бойынша жұмыстардың үшінші бағыты жер маңындағы кеңістікті  “ғарыш қоқысынан” тазартудың мүмкін болатын тәсілдері мен құрылғыларды зерттеулер қарастыру. Мұнда жер маңындағы орбиталарды ластану дәрежесіне жеткізген соңғы жылдардағы зымыран-ғарыштың техникасының пайдалану салдарын жою негізделген. Қоршаған ортаның ластануын осы кезге дейін жою, келешекте бұл ластануды болдырмаудың қиын мәселе екені бәріне мәлім.

         7200 бақыланатын орбиталды фрагменттерінің 35%-ын істен шыққан ғарыш аппараттары, зымыран–тасығышының соңғы сатылары және үдеткіш блоктар құрайды. Бұл кем дегенде ондаған және жүздеген мың жаңа объекттердің пайда болуына себеп болатын массасы мен өлшемдері үлкен 2500-дей пассивті объекттер жер маңындағы орбитада шыр айналып жүргенін көрсетеді. Сол себепті оларды ғарыштан жою мәселесі туындап тұр. Пассивті ғарыш объекттерін тауып, оларды қармап алуға арналған құралдар ретінде робот-манникуляторлармен жасақталған орбита аралық боуксирлер бола алады. Бұл жағдайда буксирдің көмегімен объекттерді тежетіп, кейін берілген аймаққа автономды түсіру қарастырылады. Бірақ бұл жұмыстың бағасы өте қымбат. Ол өз ақшасын өтейді, егер өлшемі өте үлкен объект басқарылмай жердің адам көп мекендейтін аймақтарына құласа немесе қайтарылу қажет аппараттың бағасы өте қымбат болса(мысалы Хаббл сияқты ғарыш телескопы бар ғарыш аппараты).

         Ең күрделі мәселе – бұл  “ғарыш қоқысының” ұсақ бөлшектерін тіркеу мен жоюды ұйымдастыру. Қазіргі кезде бұл мәселені шешудің бірнеше проекттері белгілі. Оның бірі ұсақ бөлшектердің кинетикалық энергиясын жұтып алатын үлкен пена шарын орналастыру. Кинетикалық энергиясынан айырылған бөлшектер биіктігін жоғалтып, атмосфераның тығыз қабаттарына кіріп, жанып кетеді. Бірақ мұндай кедергілер ғарыш аппаратының жұмыс істеуіне кедергі болатыны анық. Келесі проект ұсақ фрагменттерді орбитадан шығару үшін, оларды лазер сәулесімен немесе нейтрон бөлшектер ағынымен атқылауды қарастырылады.

         Бірақ біздің ойымызша “ғарыш қоқысының” ұсақ фрагменттерін жоғарыда көрсетілген тәсілдермен орбита бойынан жою қолайлы болмайды, себебі оларды жүзеге асыру үшін үлкен экономикалық және энергетикалық шығындар шығады. Қазіргі кезде ғарыштың “тазартылуы” тек атмосфераның жоғары қабаттарында жарықшақтар тежелу табиғи тәсілімен жартылай жүзеге асырылуда және де ол Күн активтілігінің цикліне тәуелді болады. Атмосфераның тежелу қасиетін қолдана отырып, орбитада істен шыққан ғарыш аппараттарының және зымыран сатыларының болу уақытты қысқарта аламыз, егер арнайы құрал, мысалы үрмелі балон көмегімен аэродинамикалық кедергіні арттыру арқылы.

         Қазіргі кезде атмосфера әсерінен ғарышты орбиталды жарықшақтардан өздігінен тазарту процесі моделденуде. Алынған нәтижелер ғарыштың өздігінен тазару процесі туралы, яғни уақыт өтуімен өлшемдері мен орбиталар бойынща бөлшектердің таралу тығыздығының өзгеруі туралы кішкене болсын түсінік ала аламыз. Бұл нәтижелер жасанды бөлшектердің пайда болуы жарылыс болған биіктіктегі сферамен шектелген Жер маңайындағы кеңістіктің ластануына әкеліп соғады. Уақыт өтуімен және орбиталар биіктігіне байланысты бөлшектердің таралу тығыздығы төмендегенімен, бұл ластану ұзақ уақыт сақталады. Мысалы , 700 және 1000км биіктіктер арасындағы сферасының өлшемдері 1см-ден – 1м-ге дейін бөлшектер қабатта пайда болған, жарты жылдан кейін оның тығыздығы бастапқы қабатпен салыстырғанда бірнеше ретке төмен болады. Берілген қабаттағы бөлшектердің бастапқы тығыздығын бірнеше ретке төмендету үшін жүздеген және мыңдаған жылдар қажет. Алдымен аса ұсақ бөлшектер жойылып кетеді, яғни уақыт өту бойынша ғарышта қалған бөлшектердің орташа өлшемдері өседі. Бөлшектердің шығару биіктігін төмендетуімен өздігінен тазарту процесі уақыт бойынша үдетіледі.

         JAXA жапон ғарыш агенттігі ерекше ау жасау үшін Nitto Seimo Co (балық ұстауға арналған аулар өндіруші) бірікті. Nitto Seimo Co компаниясы соңғы 6 жыл ішінде металл ау тоқу технологиясымен айналысуда. Негізгі материал ретінде компания ғалымдары күмістелген металл жіптерді қолданады. Жіптің қалыңдығы 1мм. Оның ауданы бірнеше километрді құрайды. Ау орбитаға арнайы серік арқылы шығарылады. Орбитаға шыққаннан кейін ауда қондырылған манипулятор арқылы жазылып, ғарыш қоқысын жинай бастайды. Ау белгілі бір мөлшерде қоқыс жинаған соң, ол бөлінеді.

         Жердің магнит өрісімен өзара  әсердің нәтижесінде ау жиналған  ғарыш қоқысымен бірге уақыт  өте келе атмосфераның тығыз  қабаттарына кіреді. Құлау кезінде  ау қоқысымен бірге жанып кетеді.

         Қазіргі кезде АҚШ-тың NASA агенттігі ғарыш қоқысының 19 мыңнан астам бөлшектерін бақылап отыр. Өлшеулер көрсету бойынша орбитада қазіргі кезде өлшемі 1см-ден артық 600мыңнан астам бөлшек бар.

         Жыл сайын Жердегі қоқыс мөлшері  3%-ға артып келеді. Бұл қоқыс тек планетада емес, сонымен қатар ғарыш кеңістігінде үлкен аймақты алып отыр. См-лік өлшемдегі қоқыстың негізгі көзі – бұл серіктердің қатты отынды қозғалтқыштарының өндіретін  шлак кесектері.

Ғарыш қоқысының мөлшері  лезде өсіп келеді. Егер былтырғы ғасырдың 80-ші жылдарында 5мың объект туралы сөз болса, қазіргі кезде оның саны 15 мыңнан асты. Бұл есептеуде  тек 10см-ден жоғары бөлшектер алынған, ал одан ұсақ кесектерді ескерсек –  бұл сан бірнеше ондаған млн  болады.

Қоқыстың жылдамдығы оқтың  жылдамдығынан 10 есе артық және 25000км/сағ жетеді.

         2009 жылдың наурызында халықаралық ғарыш станция экипажын «Союз» кемесіне көшірілді, себебі станцияның ғарыш қоқысымен соқтығысу қаупі төнді. ХҒС экипажы «Союзда» 11минут тығылып отырды.

         Ғарыш мәселесін шешуді жапон  ғалымдары ұсынып отырып, олар  ірі ғарыш қоқысын жою технологиясын  ұсынып отыр. Оның негізінде жинағыш  – робот қолдану ұсынылған.  Аппарат барабанға ұқсас және 8 қыры бар – 50/70 см қабырғалармен. Массасы 140кг болатын робот өте үлкен күшке ие, себебі ол жер айналасындағы объектті тоқтататын аса күшті электромагниттің әсерімен жою керек. Бұл жағдайда бірнеше км-ге жазыла алатын электроприводты арқан алынған. Қол-манипулятормен  ескі серікті немесе зымыран кесегін мықты ұстап алып, робот төменге құлап, атмосферада онымен бірге жанып кетеді.

         Бір роботты құрастыруға 400млн  йен (4млн доллар) қажет, бірақ  болжаулар бойынша бұл роботтың  қажеттілігі артып келеді, себебі 2000км биіктікте 8000-дай жасанды  объекттер бақыланады, оның 95%-ы ғарыш қоқысы. Олар соқтығысып, бөліне береді. Олардың саны жылдан жылға артып келеді.

         2009жылдың 2тамызында Глобалдік Аэроғарыштың  Корпорация доктор Кристин Л.Гейтстің  орбиталды ғарыш объекттерін  жою туралы жұмысын ұсынды.

         Доктор Кристин Л.Гейтс өте  қарапайым және әдемі құрылғы  ұсынды.

GOLD қоқыс жинағышы өте жұқа, өте мықты материалдан өлшемі футбол алаңымен бірдей үрмелі шар. Шар үрілмеген күйде орбитаға ұшырылып, істемейтін серікке бекітіледі де, үріледі. Өзінің үлкен желкендігіне байланысты объектті тежелтіп, атмосфераның тығыз қабаттарына еніп, объектпен бірге жанып кетеді. Сонымен, қолданбайтын объекттердің орбитада болу мерзімі ғасырлардан бірнеше айларға қысқарды. Бұл тәсіл 750-900км-де орналасқан объекттерге өте қолайлы. Мына жерде айтып кететін өлі серіктерге GOLD баллон бекіту оңай жұмыс емес, бірақ бұл тәсіл өзінің аз шығындығына байланысты өте қолайлы. Ал жаңа серіктерге бірден GOLD баллоны бекітіледі де ұшырылады. Серіктің істеу мерзімі біткенде GOLD баллоны ашылады. Яғни істен шыққан объектті төмен орбитаға ауыстыру қазіргі кезде өте қымбат отын шығыны болмайды.

 

 

Қорытынды

 

НАСА агенттігі 2011жылдың басынан жер орбитасындағы ғарыш  қоқысы мөлшері азайғанын айтып  отыр. НАСА агенттігінің есебі бойынша  істейтін және істен шыққан серіктер, сатылар, сонымен қатар олардың  бөлшектерінің саны 2011жылдың қаңтарынан наурызға дейін уақыт аралығында 15899дан 15855 объектке азайды.

«Істейтін және істен шыққан серіктер саны тек бірге азайды – 3380-нен – 3379-ға дейін, ал басқа жасанды объекттер саны 43-ке азайды – 12519- дан 12476-ға дейін» деп НАСА есебінде айтылған.

Ғарыш кеңістігінің ғарыш  қоқысымен ластануы – бұл қазіргі  кездегі ең өзекті мәселе. Адамзат  жердің бірінші жасанды серігінің ұшырылуымен ғарыш кеңістігін ластауды бастады. Мұның себебі серіктерді Жер орбитасына шығаруға қажет зымыран-тасығышының соңғы сатылары сол жерде бөлініп, ғарыш кеңістігінде қалады. Сонымен қатар, міне 50-жылдық ғарышты игеру кезінде орбитаға мыңдаған серіктер ұшырылып, жұмыс істеу мерзімі аяқталғанда, олар ғарышта жерді айналып жүр. Тез арада ғарышты ғарыш қоқысынан тазарту қажет. Осы тазарту шараларды жүзеге асыруда көптеген бағдарламалар ұсынылып отыр. Менің ойымша, сол бағдарламалардың ішінде қолдануға ең ыңғайлысы – доктор Кристин Л.Гейтстің GOLD қоқыс жинағышы. GOLD баллонын жасау шығыны өте аз және оны орбитаға ұшыру кезінде қазіргі кезде өте қымбат отын шығыны болмайды. Ал жаңадан ұшырылатын серіктерге GOLD баллоны жерден бекітіледі. Серік істен шыққанда немесе оның істеу мерзімі аяқталғанда, GOLD баллоны ашылып, объектті төмен орбитаға ауыстырады да, атмосфераның тығыз қабатында серікпен бірге өртеніп кетеді.

Айтып кететін жағдай, ғарышты  ластаудан 1орынды Ресей алып отыр. Оның иесінде 6041объект (2010ж желтоқсанында 6052 объект болған), соның ішінде 1406 серік пен 4635 сатылар мен зымыран-тасымағыш үдеткіш блоктары және ғарыш техникасының басқа бөлшектері.