Всего за 99.9 руб. Купить полную версию
Рис. 4.2. Схема захоронения геостационарных спутников и других объектов орбитального мусора
Увеличение скорости входа однозначно ускоряет нагрев и плавление тела и уменьшает время пребывания объекта в атмосфере. Таким образом, вероятность долететь до поверхности Земли более высока у относительно медленных тел с крутой траекторией полёта. Уменьшая начальный угол входа в плотную атмосферу, можно добиться более полного сгорания орбитального мусора.
Следует иметь в виду, что в некоторых случаях крупные объекты техногенного мусора, а также объекты, содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы, могут представлять прямую ударную или радиационную опасность для обитателей Земли. При их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоёв атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п. случаются жертвы.
Как указывалось выше, низкоскоростные и низкотраекторные (с высотами полёта Н < 200 км) объекты, попавшие в соотносительно плотные слои атмосферы и, как правило, сгорающие в ней, определяются как орбитальный мусор. Очевидно, так же должны квалифицироваться и высокоскоростные объекты, выводимые за пределы геостационарных орбит (Н > 36200 км). Времена "жизни" этих тел превышают тысячелетия, и они могут считаться выброшенными на орбитальную свалку экскретами (см. схему Рис. 4.2.).
Орбиты захоронения - отдельный класс орбит ИСЗ, специально предназначенный для увода на них спутников, вышедших из строя для уменьшения вероятности столкновения с работающими спутниками и для освобождения места новым ИСЗ. Для геостационарных спутников (ГСС) орбитой захоронения считается орбита, на 200 км выше самой орбиты ГСС.
Для каждого геостационарного спутника орбита захоронения рассчитывается отдельно, причём минимальный перигей ДН равен [27]:
ΔН (км) = 235 + 1000 S CR/m,
где
"CR" - коэффициент давления света,
"S" - площадь эффективного сечения ИСЗ, [S]= м,
"m" - его масса. [m]=кг.
Низкоорбитальные спутники с ядерными реакторами на борту имеют высоты орбит захоронения порядка 1000 км, куда переводится активная зона ядерного реактора после окончания ее работы [28].
Для оценки засорённости околоземного космического пространства техногенным мусором как экскретом можно выделить несколько типов объектов искусственного происхождения. Орбитальный техногенный мусор в них различается по своему происхождению, составу и по функциональному назначению (см. Рис. 2.3.7). Надо иметь в виду, что приведённые на этом рисунке данные имеют приблизительный характер и доля отдельных компонент в общей их массе заметно меняется год от года.
Рис. 4.3. Состав орбитального техногенного мусора
Как следует из рисунка 4.3. орбитальный техногенный мусор неоднороден по своему составу. Как уже отмечалось, в это понятие включены и сравнительно большие конструкции в виде отработавших свой срок и невостребованных КА, и достаточно малые частицы, например осколки от лакокрасочных покрытий с размерами в десятые и сотые доли миллиметра. Почти половину орбитального мусора приходится на фрагментированную его часть.
Размер частиц орбитального мусора является определяющим фактором при их наблюдениях. Современный уровень развития системы слежения за объектами в ОКП позволяет надёжно регистрировать движение только сравнительно крупных фрагментов с размерами поперечника более 10 см. Таких фрагментов в настоящее время сосредоточено на "оживлённых" околоземных орбитах (до высот ~ 2000 км над поверхностью Земли) порядка 7500–8000 шт. Это так называемая наблюдаемая группировка орбитального мусора.
Столкновение КА с фрагментами из наблюдаемой группировки несомненно и практически достоверно приводят к выходу КА из строя из-за громадных, до удвоенной первой космической, то есть до 15 км/с, скоростей соударения и из-за больших размеров фрагментов. Однако столкновение КА с наблюдаемыми фрагментами можно предсказать и предотвратить изменением траектории аппарата. Наблюдаемая группировка частиц, хотя и является многочисленной и опасной, устранима при надёжной работе системы контроля космического пространства.
Самую богатую историю "обстрелов" накопили американские шаттлы. Наиболее известен случай, который произошел в 2006 году с шаттлом Atlantis, когда небольшая частица космического мусора пробила панель радиатора, одну стенку грузового отсека и застряла в противоположной. В следующем году дыру в несколько сантиметров получил и шаттл Endeavour.
В настоящее время космонавтам остаётся только надеяться, что мусорный "снаряд" не выведет из строя жизненно важные системы корабля и не убьёт экипаж. Однако очевидно, что с выходом в космос коммерческих пилотируемых кораблей и предполагаемого увеличения "заселённости" околоземного пространства, одной надежды мало.
Серьезную опасность представляют не только крупные, но и микроскопические частицы мусора. Однажды стекло кабины шаттла было серьезно повреждено кусочком краски размером менее 0,3 мм! Нельзя не учитывать, что на космических скоростях даже такие, вроде бы пренебрежительно малые, частицы становятся настоящими пулями, способными убить космонавта в скафандре или вывести из строя внешнее оборудование космического корабля. К слову, во время осмотра астронавтами солнечных панелей телескопа Хаббл, были найдены тысячи следов ударов микрометеоритов. О количестве мелкого мусора на околоземной орбите красноречиво говорит тот факт, что стекла шаттлов в течение службы телескопа меняли около 80 раз.
Орбитальный техногенный мусор в составе спутников связи, ступеней ракет, даже старые космические станции и мелкие обломки ЛА и вспомогательных механизмов опасны не только на орбитах, но и на пути запускаемых на орбиту ракет. Из-за этого растёт риск космических аварий. Чем больше спутников мы запускаем, тем больше будет орбитальная свалка, причём количество мусора достигло опасного уровня, при котором обломки спутников будут сталкиваться между собой и создавать крайне неприятную ситуацию для выхода в космос. Кроме того, в последнее время участились столкновения зондов с пролетающими самолетами, что порождает множество техногенного мусора.
Орбитальный мусор представляет опасность не только объектам освоения ОКП, но и землянам. Были случаи, когда несгоревший орбитальный мусор ранил и людей. Например, по сообщениям средств массовой информации в 1997 году обломок 2-й ступени ракеты-носителя Delta ранил женщину в плечо.
Количество мусора в околоземном космическом пространстве постоянно увеличивается и в перспективе угрожает самой возможности освоения Космоса человеком. Пока что надёжных работающих технологий избавления от него нет; появятся ли они в будущем - покажет время.
5. Орбитальный космический мусор
С необъятных просторов галактики и солнечной системы ежесекундно прилетают в околоземное пространство природные объекты в виде астероидов, метеороидов (метеорных тел) и космической пыли. Часть этих небесных тел захватывается силами тяготения планеты и остаются на орбитах в ОКП, сгорают в плотных слоях атмосфер или выпадают на поверхность Земли. Эти объекты могут рассматриваться как экскреты космического мусора. Другие небесные тела - в основном массивные и высокоскоростные - пролётом покидают ОКП, чтобы возможно больше никогда не встретиться с нашей планетой.
Индустриальное освоение околоземного космического пространства породило проблему его засорённости объектами и отходами космической деятельности. На фоне антропогенных мусорных экскретов в ОКП новое звучание получили естественные экскреты - космический мусор - природные тела, прилетающие с просторов ближнего и Большого Космоса. На околоземных орбитах стало тесно.
Мусор космический включает в себя объекты внеземного происхождения, появляющиеся в околоземном пространстве Земли под действием гравитации планеты, захламляющие ОКП, нарушающие работу ракетно-космической техники и жизнь биогеоценозов. Под это определение подпадают не только природные объекты в ОКП типа космической пыли, метеорных тел, болидов и комет, но и потерпевшие бедствие летательные аппараты инопланетян.
В настоящее время Службами контроля Космического пространства США и России в каталоги занесено около 33500 орбитальных объектов размером более 10 см., заметная часть которых - космический мусор. Количество подобных объектов с размерами менее 10 см оценивается в несколько сотен тысяч (-600000). Ежегодный прирост составляет 600–700 фрагментов. На орбитах запуска КА находится более 13400 крупных объектов, их которых только 6 % - действующие космические аппараты. Остальное - выработавшие свой энергетический ресурс и "умершие" аппараты и крупные фрагменты различного происхождения, так называемые орбитальные отходы, орбитальный мусор и космический мусор.
Разделить эти объекты с поверхности Земли довольно сложно, фактически образовавшаяся группировка орбитальных экскретов должна восприниматься как составная часть окружающей среды.
Дополняют этот фон кометы, астероиды, метеороиды и метеорные потоки, межпланетная пыль. Существенными факторами возможной опасности для орбитальных ЛА являются пролетающие к поверхности Земли метеориты и микрометеориты, возможные столкновения КА с более крупными телами - астероидами и кометами.