Processen med rymdutforskning, som praktiskt taget började i mitten av 1900-talet, brukar framställas på den positiva sidan som ett nytt steg i utvecklingen av vetenskaplig och teknisk kunskap. Men redan efter lanseringen av den första satelliten började en helt annan negativ process parallellt, förknippad med igensättning av omloppsbanor nära jorden. Mänskligt skräp i rymden utgör en mängd hot mot både rymdfarkoster och jorden.
Källor till rymdskräp
Skräp i det här fallet syftar på derivat av en konstgjord natur, som är mycket olika, men är förknippade med direkt mänsklig aktivitet. Till exempel utgör naturligt förekommande meteoroider inget hot, till skillnad från konstgjort avfall, som utgör hot på grund av sin långa vistelse i låg omloppsbana om jorden.
Så, var kommer det farliga skräpet ifrån i rymden? Det mesta är detgenereras under satellituppskjutningar och uppskjutningar av andra fordon i omloppsbana. I sådana processer är medföljande bemannade eller automatiska fartyg nödvändigtvis inblandade, som lämnar efter sig tekniska föremål och förbrukningsmaterial. Den farligaste föroreningskällan av detta slag är förstörelsen av satelliter och fartyg i omloppsbana, vilket resulterar i att ohanterad utrustning och strukturella delar av flygplan förblir i rymden. I sig själva utgör fragmenten efter utrustningskrascher eller i processen för det planerade utsläppet av avfall inte ett allvarligt hot i ett enda nummer. Men vid långvarig ackumulering bildas stora föremål, ofta med hög radioaktiv potential, vilket gör det svårt att förstöra dem.
En betydande roll i processerna för bildandet av farligt skräp spelas av effekten av "ålderns" nedbrytning av skräp från rymdobjekt i en aggressiv miljö. Samma ansamlingar av skräp påverkas negativt av kosmiskt damm, strålning, extrema temperaturer, syreoxidation etc. Man måste alltså inte bara hantera fysiska element som utgör ett hot om kollision, utan med okontrollerade och explosiva material som ökar risken av katastrofer.
Övervaka rymdskräp
De befintliga farorna som är förknippade med närvaron av rymdskräp kräver också ständig forskning om omloppsbanor nära jorden. Specialanordningar skannar konstgjort avfall enligt flera egenskaper, inklusive storlek, massa, form, hastighet,bana, sammansättning etc. Beroende på avståndet från jorden används viss utrustning. Till exempel täcker LEO-systemets låga omloppsbana runt jorden ett avstånd från 100 till 2000 km. Radioteknik, radar, optisk, optoelektronisk, laser och andra enheter för att observera rymdskräp fungerar i detta spektrum. Samtidigt utvecklas speciella algoritmer för att analysera informationen som tas emot på dessa enheter. För att kombinera en uppsättning fragmenterad data används komplexa matematiska beräkningsmodeller, som ger en relativt komplett bild av vad som händer inom ett visst observationsområde.
Trots användningen av högteknologiska övervakningsmetoder finns det fortfarande problem med att spåra små partiklar så små som några millimeter. Sådana fragment kan endast delvis studeras av sensorer ombord, men det räcker inte för att få heltäckande information, till exempel om objektets kemiska sammansättning. En av riktningarna för att övervaka sådana partiklar är den så kallade passiva mätningen. Vid ett tillfälle, enligt denna princip, studerades komponenterna i rymdstationen Mir som återvände till jorden. Kärnan i denna teknik är att registrera effekterna av de studerade partiklarna på ytan av apparaten i öppet utrymme. I laboratorier analyserades olika typer av skador, vilket gjorde det möjligt att få ytterligare information om rymdskräp. Idag arbetar team av kosmonauter längs denna forskningsväg direkt i omloppsbana och inspekterar ytorna på rymdfarkoster i drift.
Fördelning av skräp i rymden nära jorden
Övervakning av yttre rymden indikerar en ojämn fördelning av skräp av olika typer i banor. De största klustren observeras i lågomloppsområdet - i synnerhet jämfört med höga banor kan skillnaden i densitet vara tusenfaldig. Samtidigt finns det ett samband mellan tätheten av kluster och partikelstorlekar. Den rumsliga tätheten av medelstort skräp är vanligtvis lägre i höga banor än i låga banor i en mindre andel jämfört med grovkorniga element.
Karakteristiken för fördelningen av rymdskräp runt jorden påverkas av ett antal faktorer, bland annat ursprungsdragen. Till exempel har små fragment som bildas som ett resultat av förstörelsen av delar av stationen eller satelliter instabila hastighetsvektorer. När det gäller stort skräp kan det på grund av sin höga dynamik nå höga höjder upp till 20 000 km och spridas även i den geostationära ringen. På 2000 km-nivån är det en ojämn fördelning med punkter med täthetsökning vid särskilt 1000 och 1500 km. Den geostationära omloppsbanan är förresten den mest igensatta, och i dess område registreras en hög benägenhet för skräp att driva.
Utvecklingstrender för rymdskräp
Rymdforskare är mer bekymrade över potentiella snarare än nuvarande hotskräp i jordens banor. För närvarande tyder studier på en ökning av föroreningsgraden med 4-5 % per år. Dessutom har rollen för uppskjutningar av rymdfarkoster ännu inte bedömts tillförlitligt när det gäller tillväxten av befolkningen av främmande kroppar i olika omloppsbanor. Stora objekt är mottagliga för prognoser, men, som redan noterats, tillåter den begränsade informationen om små skräp inte ens i nära rymden oss att tala med en hög grad av objektivitet om egenskaperna hos massskräp. Trots detta drar forskare två entydiga slutsatser om små skräp:
- Mängden små partiklar som bildas till följd av förstörelse ökar stadigt i takt med att antalet kollisioner ökar. Både i laboratorieförhållanden och i teoretiska studier visades det att små fragment utgör en betydande andel av grundämnen som är separerade från förstörelseobjekt.
- Mycket små partiklar i form av samma kollisionsprodukter är mer mottagliga för de negativa effekterna av yttre krafter. Effekten av nedbrytning när skräp är under aggressiva förhållanden under lång tid minskar sannolikheten för en tillförlitlig bedömning av framtiden för sådana ansamlingar.
Självklart kommer problemen med att hitta skräp i rymden bara att bli värre, vilket kräver att lämpliga åtgärder vidtas. Men även med en fullständig avstängning av rymdrelaterade projekt kommer jordens omloppsbana att fortsätta att bli igensatt som ett resultat av kollisionen av befintliga föroreningselement med naturliga partiklar. Genom tröghet kommer denna process att fortsätta i minst 100 tillår.
Typer av effekter av rymdföroreningar
De farligaste negativa konsekvenserna från påverkan av rymdskräp inkluderar följande:
- Ekologisk skada på jorden. I sig medför förekomsten av teknogent skräp i omloppsbanan nära jorden en förändring i den ekologiska bakgrunden och bryter mot miljöns ursprungliga renhet. Enligt astronomer-observatörer fortskrider processen för att minska insynen i rymden nära jorden redan, vilket också förklarar närvaron av störningar i radioutrustningens funktion. Direkt för jorden kan man notera risken för fallande komponenter med bränslematerial som säkerställer driften av jetmotorer.
- Skräp faller till jorden. Även utan en radioaktiv effekt kan nedfallet av konstgjort avfall från rymden leda till katastrofala konsekvenser. Hittills hade de största landade objekten en massa på högst 100 ton, men detta utgjorde inte ett allvarligt hot mot planeten. Å andra sidan, när intensiteten av hindret av jordens omloppsbana ökar, kommer detta scenario att bli allt mörkare.
- Risk för kollision i rymden. Underskatta inte skadan av rymdskräp för utrustningen som används i flygstöd. Samma effekter av stora och små partiklar kan leda till betydande störningar i driften av enheter, och stora olyckor äventyrar utsikterna för genomförandet av dyra ambitiösa projekt.
Krockskadebedömningssystemskräp
För det första tillämpas den redan etablerade praxisen att analysera effekterna på rymdfarkosternas yta genom extern undersökning av kosmonauterna själva. Som nämnts ovan kan resultaten av sådana studier användas ytterligare för att fastställa egenskaperna hos sopor. Den mest exakta analytiska informationen tillhandahålls dock endast av laboratorietester där målmaterialen är artificiellt påverkade. En imitation av en kollision av utrustning med skräp i rymden realiseras genom ultrahöghastighetskollisioner. Vidare, med hjälp av dator och digital modellering, bearbetas de erhållna data med en analys av egenskaperna hos skadan och mekaniken för påverkan på målobjektet. Bland huvudindikatorerna finns sådana egenskaper som styrka, bevarande av funktionalitet, överlevnadsförmåga hos enskilda komponenter, graden av fragmentering, etc.
Bestämma hotnivån för rymdskräp
Även vid konstruktionsstadierna av orbitalstationer och rymdkomplex beaktas möjligheten för kollision med olika typer av skräp. För att beräkna den optimala designtillförlitligheten används data om den specifika miljön där enheten kommer att användas. Samtidigt är felaktigheten i experimentella och analytiska metoder för att bedöma hot fortfarande ett betydande problem. Skräp i rymden kan bara undersökas till en viss grad av antaganden, vilket gör det svårt för konstruktörer att ordentligt förbereda fordon för höghastighetskollisioner. FörFör en ungefärlig hotbedömning används begreppet allmänna flöden av rymdskräp, som potentiellt kan påträffas på rymdfarkostens väg. Ytterligare data visas om flödestäthet, hastighet, anfallsvinklar och antalet förväntade effekter.
Sätt att minska hoten från skräp i rymden
Den relativt låga nivån av övervakning och karakterisering av rymdskräp med dess förutsägelse är bara en del av problemet. I det nuvarande skedet står specialister inför ett antal frågor relaterade till att minska riskerna för de negativa effekterna av konstgjort avfall i yttre rymden. Idag övervägs två riktningar för att lösa detta problem. För det första är detta en generell minskning av flygningar, såväl som minimering av tekniska processer som leder till igensättning av banor på olika nivåer. För det andra kan vi prata om strukturell optimering av fordon med minskning av delar som potentiellt kan bli rymdskräp. Särskild uppmärksamhet i rymdkontrollsystem ägnas idag åt kontaminering med radioaktiva ämnen. Det handlar om minimering av motoravgasprodukter fram till övergången till i grunden nya bränsleresurser.
Utsikter för kampen mot skräp i närområdet
Aktivt arbete för att reglera rymdverksamheten på global nivå ger anledning till optimism när det gäller att bedöma utvecklingen av situationen i framtiden. Noggrann inställning till renheten i orbitala miljöer ingår i koncepten för strategiska program i de största staterna, som bidrardet största bidraget till kampen mot skräp i rymden. Rengöring och avlägsnande av små och stora partiklar till polygonbanor är ett av nyckelområdena i rensningen av rymden från konstgjorda föroreningar, men det finns inga effektiva metoder för att implementera detta koncept ännu. Detta är en tekniskt svår uppgift, så huvudvikten ligger för närvarande fortfarande på sätt att optimera mänskliga aktiviteter i rymden.
Slutsats
Ett av de radikala sätten att lösa problem med rymdskräp är att helt sluta skjuta upp orbitalstationer och satelliter tills nya och mer prisvärda sätt att städa miljön nära jorden dyker upp. Men denna riktning är också utopisk på grund av ett antal ekonomiska och tekniska skäl. Det finns dock förutsättningar för att förändra situationen till det bättre. Även om du ser tillbaka flera decennier kan du märka grundläggande förändringar i personens inställning till detta problem. Så om under driften av Mir-rymdstationen var den vanliga praxisen att direkt släppa besättningens avfallsprodukter, så är detta idag omöjligt att föreställa sig. Fler och strängare regler införs för att reglera processerna för att vara i yttre rymden. Detta bevisas också av internationella konventioner, enligt vilka länder som deltar i rymdaktiviteter är skyldiga att följa principerna för att minska den negativa påverkan på den ekologiska situationen i den nära jordens miljö.
