Мусор преграждает путь в Космос. Романов Вадим
Что же касается более низких орбит, то очистить их от вышедших из строя космических аппаратов в принципе возможно путём использования остатков неизрасходованного топлива для перевода спутников на траекторию снижения. Можно применить другие устройства и методы для торможения космических аппаратов и их скорейшего вхождения в плотные слои атмосферы. Вот только сгорают они там, к сожалению, не всегда.
Опыт последних лет показал, что крупные объекты вроде орбитальных станций сгорали при входе в атмосферу лишь на 60–90 процентов. Остальная часть их конструкций развалилось на множество фрагментов, которые рассеивались на площадях в несколько тысяч квадратных километров. Несколько раз дело чуть было не дошло до радиоактивного заражения местности. Случаи падения космических аппаратов с ядерными источниками энергии — двух советских и одного американского — имели место в период выполнения соответствующих программ и были связаны с аварийными ситуациями.
Наиболее радикальным средством освобождения ОКП от орбитальных отходов и мусора, безусловно, было бы удаление этих экскретов за пределы околоземного пространства. Такие способы активно обсуждаются мировым научным сообществом, но практическое их воплощение, по-видимому, дело далёкого будущего. Более подробно о возможности удаления орбитальных экскретов, в том числе и содержащих радиоактивные отходы, за пределы ОКП, обсуждается в разделе 3. нашей книги.
В заключение этого раздела книги отметим, что дорогостоящая уборка орбитального мусора потеряет смысл, если Человечество продолжит бездумно загрязнять ОКП. Осознание этого факта постепенно овладевает умами. В частности, поэтому космические державы подписали соглашения, согласно которым они обязуются принять меры по уводу отработавших свой срок КА с околоземных орбит. Однако сход с орбиты требует большого количества топлива, которое могло бы использоваться для продления срока службы спутников. В связи с этим учёные активно ищут доступные способы освобождения ОКП от отработавших спутников и космических станций.
Анализ существующих на сегодняшний день проектов показал, что эффективное и малозатратное очищение околоземного космического пространства в настоящее время не представляется возможным ни технически, ни экономически. Все совместные усилия стран— разработчиков РКТ должны быть направлены на то, чтобы меньше мусорить. Для этого необходимо:
— предотвращать самопроизвольные взрывы в космосе, то есть избавляться от остатков топлива при завершении работы космического аппарата;
— сократить срок пребывания в ОКП отработавших орбитальных объектов до 25 лет;
— запретить преднамеренные разрушения космических объектов, находящихся на орбите (такие работы производятся иногда для предотвращения падений крупных несгоревших частей космического объекта на населённые районы планеты);
— в обязательном порядке уводить отработавшие свой срок спутники с широко используемых заселённых орбит на более высокие или мало используемые орбиты (на «кладбища орбитальных отходов»).
Процесс цивилизованного становления космической отрасли весьма проблематичен и связан с огромными материальными затратами, но ему не существует альтернативы. Благодаря совместным усилиям ведущих космических держав проблема орбитального мусора будет успешно решаться, а безопасность космических полетов — неуклонно повышаться.
Что же касается проблемы космического мусора в целом, то бороться с ним надо так же, как и с мусором на Земле: не допускать его возникновения. И так же, как на Земле, это связано со значительными расходами. Но другого пути нет — в этом все участники ракетно-космической деятельности единодушны.
8. Кризис космонавтики, порождённый техногенными мусорными экскретами в околоземном пространстве
Техногенные мусорные экскреты в околоземном космическом пространстве представлены орбитальным техногенным мусором, орбитальными отходами и орбитальными отбросами (смотри схему раздела 2.). Эти экскреты в последние годы из-за активной ракетно-космической деятельности человечества захламили ОКП до угрожающих масштабов.
С начала освоения околоземного космического пространства и Космоса прошло менее полувека, и человечество за столь короткий срок произвело десятки тысяч запусков ракет-носителей, разместило в этом пространстве несколько тысяч спутников, космических станций и вспомогательных механизмов и устройств. В ОКП по космическим меркам стало тесно.
Ситуация осложнилась из-за аварий и инцидентов, всё чаще происходящих на орбитах и порождающих «неземной мусор». Ближние и дальние окрестности нашей планеты постепенно превратились в свалку мусорных экскретов. Конечно, если сравнивать с земными свалками, то орбитального мусора, отходов и отбросов ничтожно мало. Их масса на низких околоземных орбитах составляет всего около 5-ти тысяч тонн, но и они представляют нешуточную угрозу для человечества. И угроза эта с каждым годом растёт, а эффективных решений проблемы пока не предложено.
Орбитальные отбросы, представляющие собой выброшенные в ОКП продукты жизнедеятельности космонавтов, из-за относительно малой их доли в общем орбитальном хламе можно исключить из опасных экскретных факторов. Однако, орбитальные отходы и орбитальный техногенный мусор создали кризис ракетно-технической деятельности.
Напомним, что представляют собой эти экскреты. Орбитальные отходы — это вышедшие из строя, однако оставшиеся на орбите спутники, космические станции, верхние ступени ракет-носителей, а также крупные неповреждённые фрагменты этих объектов, порождённые авариями в ОКП. На их изготовление и доставку на орбиту истрачены огромные материальные ресурсы, и они даже после потери работоспособности представляют значительную сырьевую ценность.
Орбитальный техногенный мусор включает в себя малоценные или повреждённые в авариях объекты РКТ и их фрагменты, включая разгонные блоки ракет-носителей, сброшенные топливные баки, фрагменты разрушенных космических объектов, а также пружины, болты, гайки, заглушки и тому подобная «мелочь». Например, рабочая перчатка или отвёртка, упущенные астронавтами при ремонте орбитальной космической станции.
После завершения работы КА или после аварии на нём объекты техногенного орбитального мусора самостоятельно «покоряют» космические просторы со скоростью ~28 тысяч километров в час. Эти объекты не имеют никакой потребительской ценности и поэтому считаются мусорными.
По оценкам специалистов, сегодня в околоземном космическом пространстве находится свыше 200-т тысяч объектов размером более одного сантиметра и свыше 330-ти миллионов объектов размером более одного миллиметра. Из-за них любая космическая миссия связана с немалым риском [39]….
Особая опасность орбитальных экскретов связана с тем, что они перемещаются в пространстве с огромными относительными скоростями. В ОКП скорости столкновений объектов ~ 10 — Н5 километров в секунду, это десятки тысяч километров в час. Поэтому даже частица, линейные размеры которой составляют лишь 1 сантиметр, может серьёзно повредить космический аппарат. Такая частица обычно летит со скоростью как минимум в 20 раз быстрее пули.
Обычный спутник (например, спутник связи) используется от пяти до десяти лет, за это время он технологически устаревает, и ему на смену запускают новый. Сегодня абсолютное большинство спутников в ОКП могут быть отнесены к экскретам орбитальных отходов. Этот металлолом способен засорять орбитальное пространство веками, поскольку время его баллистического существования на столь удалённом от Земли расстоянии очень велико. На геостационарной орбите оно теоретически может достигать тысяч или миллионов лет, на низких околоземных орбитах составляет от сотен до нескольких тысяч лет.
По расчётам специалистов, при такой тесноте на геостационарной орбите высока вероятность возникновения так называемого «каскадного эффекта», то есть цепи последовательных столкновений, способных привести не только к разрушению действующих космических аппаратов, но и к образованию огромного количества мелкого мусора. Чтобы предотвратить перенасыщение геостационарной орбиты, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом», и теперь места там «выдаются» строго по заявкам.
Для решения этой проблемы на международном уровне было предложено уводить вышедшие из строя спутники на так называемую «орбиту захоронения», расположенную на 200 — ьЗОО километров выше рабочей орбиты. Конечно, со временем и она окажется заполненной, но на сегодня это единственный выход из создавшегося затруднительного положения.
Проблема очистки орбит от орбитального мусора и отходов в том, что для транспортировки спутника на «орбиту захоронения» нужно дополнительное горючее, а доставка каждого лишнего килограмма груза в ОКП обходится в десятки тысяч долларов. Никто не хочет нести эти дополнительные расходы. Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на «орбиту захоронения», весь прочий «металлолом» остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности исправных спутников.
Важная проблема состоит в возможном нарушении физико-химического баланса верхней атмосферы, этой тонко сбалансированной среды. Она характеризуется резким падением плотности с высотой, сложным изменением температуры и химического состава, различными вариациями всех параметров в зависимости от времени суток, широты, уровня солнечной активности. После каждого запуска в результате работы двигателей в верхнюю атмосферу выбрасывается огромное количество химически активных веществ. Водорода и его соединений, например, может быть выброшено столько же, сколько его содержится во всей верхней атмосфере. С активных спутников в атмосферу и в ОКП постоянно инжектируются различные газы. Молекулы истекающих газов из-за большой скорости аппаратов имеют значительную кинетическую энергию, что резко увеличивает их химическую активность.
Атмосфера нашей планеты способствует очищению низких орбит, вызывая медленное торможение объектов и постепенное возвращение их в атмосферу, где они сгорают. Однако из-за техногенных вмешательств в ОКП очищающие свойства атмосферы могут претерпеть заметные изменения и экологическая безопасность ракетно-космической деятельности не будет обеспечена.
Приведём выдержку из Национального стандарта РФ по экологической безопасности ракетно-космической техники [40]: «Экологическая безопасность изделий РКТ должна обеспечиваться их конструкцией, технологией их изготовления и эксплуатацией, использованием наиболее экологически чистых конструкционных и расходных материалов, ракетных топлив, а также применением необходимых организационно-технических мероприятий, направленных на выполнение требований по экологической безопасности изделий РКТ». Заметим, что этот стандарт в настоящее время носит декларативный характер и по разным причинам не может выполняться в полном объёме. Поэтому ракетно-техническая деятельность наносит заметный урон биосфере планеты.
Возможные вредные воздействия факторов изделий РКТ на окружающую среду (ОС) приведены в Таблице 1 [40].
Таблица 1
Матрица связи различных компонентов ОС, основных видов вредных воздействующих факторов изделий РКТ на ОС и основных видов изделий РКТ
Как отмечалось ранее, одной из главных проблем мировой космонавтики становится загрязнение околоземного пространства фрагментами космических аппаратов. За полвека космической эры на околоземных орбитах скопилось немало мусора — несколько тысяч тонн. Это — «отходы» совокупной космической деятельности человечества.
Количество частиц космического мусора размером от 1 до 10 см, отслеживаемых специалистами составляет свыше двухсот тысяч, а число частиц меньше 1 см превышает десятки миллионов [37]. Каждая мусорника представляет опасность для работы космических аппаратов. Средняя скорость взаимных сближений на низких орбитах Земли — десятки километров в секунду, так что маленькая "граммулька" мусора ударяет с энергией хорошей гранаты. Не однажды летящие с огромной скоростью орбитальные «мусорные кучи» вносили коррективы в график работ космонавтов и запуск космических кораблей.
Сегодня можно выделить основных загрязнителей космоса.
На первом месте — Россия (совместно со странами СНГ), которой принадлежит свыше 5 тысяч аппаратов и различных обломков. США заняли второе место (более 4,5 тысяч объектов). Тройку лидеров замыкает Китай. Прирост космического хлама является самым серьёзным за последние годы. По мнению специалистов, его причиной стали столкновения спутников с фрагментами мусора, после которых остаётся множество обломков. Графики роста разных компонентов орбитальных мусорных экскретов по литературным данным приведены на рисунке 8.1.
Как видно из этого рисунка, начиная с 2005 года наблюдается резкий рост орбитальных мусорных экскретов за счёт увеличения количества обломков КА.
Техногенный мусор сконцентрирован в основном на высотах от 850 до 1500 км над поверхностью Земли, но много его и на высотах полёта космических кораблей и Международных космических станций (МКС). Этим объектам из-за опасности столкновения приходится периодически совершать орбитальные маневры уклонения от столкновения с фрагментами орбитального и космического мусора.
Если орбитальный мусор, расположенный на высотах ниже 600 км, в течение нескольких лет входит в атмосферу и сгорает в ней, то мусору, расположенному на высотах 800 км, на это требуются десятилетия, а искусственным объектам на высотах от тысячи километров и выше — сотни лет. И всё это время орбитальный мусор и отходы будут нести в себе потенциальную угрозу столкновений.
Опыт эксплуатации космической техники показал, что из-за мусорной угрозы орбиты кораблей "Спейс Шаттл" и МКС приходится корректировать несколько раз в год. А солнечные батареи спутников и станций подвергаются бомбардировке микрочастицами ежечасно, что приводит к снижению эффективности их работы. Причём регулярная замена солнечных батарей в ОКП весьма накладна, а чаще всего — невозможна.
Особая категория опасности — спутники с ядерными источниками энергии. Сейчас известно 54 таких спутника, из них 31 принадлежит бывшему СССР, 7 — США и практически все они сосредоточены в диапазоне высот 800-1100 км. Предлагается [38] запретить запуск в космос объектов с ядерными установками. Подобные спутники выводятся на малые, то есть на близкие к земле, орбиты и используются, как говорят наши учёные, в основном для ведения космической разведки за территорией противника. Дело в том, что на малых высотах невозможно использование солнечных батарей, так как сопротивление атмосферы на этих высотах достаточно большое. Поэтому не остается ничего другого, как использовать на спутниках-разведчиках (для потенциального противника — спутниках-шпионах) уран или плутоний.
После прекращения активного существования ядерное топливо спутников теоретически должно «высвечиваться» до безопасного уровня, причем времени жизни пассивных спутников на таких высотах вполне достаточно для этого. Но случаются неконтролируемые входы в атмосферу (например в 1978 г. «Космос-954» с энергетической ядерной установкой упал в канадской тайге). Кроме того, казавшийся ранее безбрежным, космос теперь уже не гарантирует от возможных столкновений с техногенным мусором, что может породить многочисленные радиоактивные частицы. Это уже экологическая и экскретологическая проблема в масштабах всей Земли.
Опасно, что неизбежное падение этих ядерных спутников не теряет со временем опасности. Многие из них были запущены десятилетия назад и за это время существенно приблизились к Земле. Периодически орбиты спутников работой двигателей «приподнимают». Однако этот процесс стоит немалых денег, а малозатратных методов утилизации вышедших из строя КА на сегодняшний день не существует.
В 1981 г. ООН приняла рекомендации Комитета по мирному использованию космического пространства об ограничении использования ядерных источников в космосе. Сейчас новые системы безопасности автоматически отстреливают ненужный реактор. Но опасность радиоактивного заражения верхних слоев атмосферы при его входе остаётся, а значит и возможен выпад радиоактивных частиц на Землю.
Общепризнано, что самым мощным источником искусственного загрязнения околоземного космического пространства являются самопроизвольные взрывы на орбитах, которые могут порождать сразу несколько сотен крупных фрагментов аварийного изделия и гораздо большее количество мелких. Одна из причин таких взрывов заключается в том, что в топливных баках космических аппаратов после завершения их эксплуатации остается небольшое количество топлива. Топливные баки со временем разрушаются, иногда пробиваются какими-либо фрагментами орбитального мусора, активные же компоненты топлива, смешиваясь, взрываются. Примером тому служит взрыв второй ступени ракеты «Дельта», произошедший в 1973 году. А вообще с 1961 года, когда было зафиксировано первое в космосе разрушение объекта, на орбитах их взорвалось более 130.
В ракетно-космической деятельности возникла казалось бы безвыходная кризисная ситуация — чем больше запускается аппаратов в ОКП, тем менее пригодным для использования оно становится [33]. О масштабном загрязнённости космоса учёные заговорили в 1980-х, когда концентрация мусора на орбитах Земли достигла такой плотности, что баллистикам требовалось напряжённо поработать, чтобы безопасно разместить среди мусора тот или иной спутник. В последнее время ситуация только ухудшилась; по заключению экспертов NASA в своем последнем отчёте, посвященном проблеме космических отходов, за минувшее десятилетие количество мусора на орбите удвоилось.
"Мусора стало так много, что в ближайшем будущем проблемы из-за обилия обломков в околоземном пространстве будут расти как снежный ком", — полагает космонавт и эксперт по экологии аэрокосмической деятельности Сергей Кричевский. Основания для этого у него весьма серьёзные. Он считает, что… «вся аэрокосмическая деятельность человечества представляет собой сегодня возрастающую экологическую опасность для биосферы нашей планеты. Однако данный вопрос мало кого занимает»[34]…
Действительно, эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах выше 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Можно выделить два способа не допустить появления нового мусора на околоземном пространстве. Один из них — удаление с орбиты фрагментов ракет-носителей, используя остающееся на их борту топливо. Второй метод — увод космических аппаратов, отслуживших свой срок, на орбиты захоронения. По оценкам специалистов, срок существования таких аппаратов в этих точках орбиты может составлять 200 и более лет.
В любом случае экстренные меры по расчистке космических мусорных завалов необходимо принимать уже сегодня. В противном случае в будущем «ОКП остановится»! Такой сценарий совершенно не приемлем для человечества, и конечно же выход из тупика будет найден. Вопрос — какой ценой?
Наиболее радикальной мерой могло бы быть резкое уменьшение количества запусков космических аппаратов, увеличение сроков их полезной жизни и минимизация отходов ракетно-космической техники. Существуют предложения различных научных и правительственных организаций о сокращении количества деталей, сопутствующих выводу спутника на орбиту, но никаких международных норм, направленных на стабилизацию и последующее снижение уровня засорённости околоземного космоса, пока нет.
Существуют также оценки различных возможностей современных технологий искусственной очистки околоземного космоса от техногенных загрязнений, включая проекты экзотических мусоросборщиков с сетями и без, но эти проекты нерациональны и чрезвычайно затратны. Подробно эта тема обсуждается в предыдущем разделе нашей книги.
Судя по отечественным и зарубежным данным, уже в начале этого века следует ожидать существенного возрастания засорения ближнего космоса, и тогда возникнет реальная угроза столкновения уже между самими элементами космического мусора (см. графики Рис. 8.1.). Наибольшую опасность в космосе представляют объекты с диаметрами от 1 до 10 см. Мало того, что их очень много и они носятся вокруг Земли с огромными скоростями, они ещё недоступны для обнаружения Службами контроля, представляя собой настоящие «айсберги» на орбите. Столкновение с ними при условии большой населённости орбит может привести к катастрофическим последствиям.
Засорение ОКП идет всё более нарастающими темпами, поскольку всё новые и новые страны включаются в космическую деятельность. Эти страны, как правило, делают первые шаги в ОКП и для них проблемы его загрязнения оказываются второстепенными.
Следует отметить, что при запусках первых ИСЗ рассчитывалась вероятность столкновения аппаратов лишь с метеорными телами. В наше время необходимо учитывать и возможность столкновения с фрагментами космических аппаратов. Таким образом, засорение ОКП объектами искусственного происхождения — это реальный интенсивный процесс, изменивший фоновую обстановку в ближнем космосе.
Жизнь современного человека уже не мыслится без космической деятельности и всего связанного с ней. В первую очередь мировая хозяйственная деятельность и экономика зависят от спутниковой связи, связь и прогноз погоды также ориентированы на получение орбитальной информации. Таким образом, повреждение коммуникационных орбитальных устройств негативно повлияет на каждого человека в мире.
Между тем, угроза глобального космического мусорного коллапса — дело не очень далёкого будущего. Космические экскреты и их быстрый количественный рост уже сегодня угрожают не только действующим и будущим космическим программам, но также и сетям глобальной мобильной связи, спутниковому телевидению, GPS и всему хозяйственному развитию цивилизации.
Графики Figurel иллюстрируют прогноз ожидаемой захламлённости орбит LEO, МЕО и GEO объектами космического и техногеннного мусора, а также орбитальными мусорными отходами при теперешних темпах и способах ведения ракетно-космической деятельности. Сегодня крупных мусорных объектов в ОКП десятки тысяч. Ещё на орбитах находятся около 200 тысяч частиц мусора космического и техногенного происхождения размером до 10 см, а число объектов меньше 1 см превышает десятки миллионов штук. В основном космические мусорные экскреты сконцентрированы на высотах от 850 до 1500 км над поверхностью Земли, но много их и на высотах полёта космических кораблей, а также МКС.
Осреднённые значения кривых Figurel для значений среднеквадратической ошибки о =1 экстраполированы для относительно крупных объектов размером более 10 см.
Из этого рисунка следует, что наиболее захламлёнными орбитами ОКИ, как и в настоящее время, будет относительно низкие LEO — орбиты. Количество мусорных экскретов на них через 100 лет может утроиться, а через 200 лет — усемериться.
Рост мусорных экскретов на более высоких орбитах МЕО и GEO ожидается менее интенсивным, однако также угрожающим РКТ в околоземном пространстве.
Количество объектов на орбите Земли постоянно и практически бесконтрольно увеличивается. Сегодня 90 процентов из 13 тысяч орбитальных объектов так называемого орбитального мусора способны разрушить космический аппарат, нарушить связь и нормальную жизнь многих миллионов людей.
Засорённость околоземного космического пространства техногенными объектами оказалось новым и довольно неожиданным явлением для человечества. Все объекты космического мусора потенциально могут взаимодействовать с активными аппаратами, нанося им ущерб различной тяжести в зависимости от размеров частиц и скоростей сближений с аппаратами. Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем.
Космонавт С.Кричевский считает [34], что… «надо прекратить тупиковое развитие космонавтики, когда создаются крупные объекты, которые затем превращаются в мусор, сжигаются в атмосфере и тонут в Мировом океане, загрязняя Землю. Давно пора понять, что это самоубийственная практика. Космические объекты, материалы, энергию и средства, потраченные на создание и выведение их на орбиту, надо использовать для самих космических полётов. Будет двойная выгода: экологическая и экономическая. Но для этого необходима адекватная экологическая политика в сфере космической деятельности, а не тупая коммерциализация, которая осуществляется с грубым нарушением экологического законодательства в России, США и во всех других космических державах».
И далее:… «Космическая деятельность на сегодня антиэкологична. Я считаю, что необходимо ввести международный мораторий на сжигание в атмосфере Земли и затопление в Мировом океане крупных космических объектов и их фрагментов, разработать и ввести в действие законодательные акты для внедрения экологобезопасных технологий на полном жизненном цикле существования крупных космических объектов, подобных «Миру» и МКС…Уверен: ужесточение экологических требований к пилотируемым полетам, экологизация ракетно-космической техники дадут новый мощный импульс развитию космонавтики. А если этого не произойдет, неизбежен технологический, экономический, экологический и социальный тупик на космическом пути».
Жизнь так устроена, что невозможно что-либо сделать, не производя мусорные экскреты, то есть не загружая пространство отходами, отбросами и мусором. Космическая деятельность — не исключение. В обществе появилось осознание того, что количество мусора "в небесах" надо как-то сокращать, и уж во всяком случае, не наращивать. Принимаются меры, чтобы с этой задачей справиться. Ежегодно в рамках ООН проходят обсуждения, касающиеся стратегии исследований ОКП и Космоса, и на каждом присутствует вопрос о мусоре.
Уже действует международное законодательство, ограничивающее количество мусора при запусках ракетной техники. Раньше, чтобы освободить запущенный спутник от крышки, болты просто взрывались специальным зарядом, что порождало множество мелких осколков. Теперь — никаких болтов, — только пружины и замковые устройства. В результате крышка просто откидывается в сторону. Летающих частей должно быть как можно меньше: лучше одна отдельная болванка, чем целый поток обломков [41].
Согласно другому международному договору, вышедший из строя спутник обязательно должен быть "убран" с орбиты. Для этого включается специальный механизм, выполняющий функцию отвода спутника в сторону.
Что касается методов борьбы с орбитальными свалками, то в данном случае наблюдается единомыслие представителей НАСА и Роскосмоса. Можно выделить два способа не допустить появления нового мусора на околоземном пространстве. Один из них — удаление с орбиты фрагментов ракет-носителей, используя остающееся на их борту топливо. Второй метод — увод космических аппаратов, отслуживших свой срок, на орбиты захоронения. По оценкам специалистов, срок существования таких аппаратов в этих точках орбиты может составлять сотни лет.
Роскосмос планирует в ближайшее время ввести обязательные безотходные стандарты космических программ. Конечно, это приведёт к удорожанию запусков, но все понимают, что проблему надо решать. В противном случае реализуется мрачный прогноз специалистов — ни один космический аппарат не сможет выйти даже на орбиту Земли.
Выше шла речь только о том "небесном мусоре", который образовался по вине человека, осваивающего космическое пространство. Но как было отмечено в разделе 5 книги, есть ещё и "космический мусор", который допустила в ОКП сама природа. Он представляет собой, в основном, метеороиды — разноразмерные осколки естественно разрушившихся планет и других космических тел, несущихся в межпланетном пространстве. Считается, что не менее половины спутников, запущенных к Марсу, с большой долей вероятности, были погублены именно метеорными потоками.
Суммарное количество метеорного вещества в ОКП оценивается сотнями миллионов тонн. Крупные фрагменты космического мусора (более 1 метра) отслеживаются системами контроля Космоса, однако повлиять на их движение невозможно, поэтому пока остаётся лишь следить за происходящим. Ещё не придуман способ, с помощью которого можно эффективно и надёжно удалять космический и орбитальный мусор. Но человечеству придётся решать эту непростую проблему, так как через опасное "мусорное" облако проходит любая ракета, стартующая с Земли, другого пути в околоземное пространство и в Космос не существует. Сегодня пришло время переосмыслить весь процесс разработки, производства, эксплуатации космической техники на полном жизненном цикле [33]. Всё это не пустые слова, а вполне реальные, осуществимые вещи. Скажем, отказ от токсичных компонентов топлива в первую очередь означает полное прекращение применения несимметричного диметилгидразина (гептила) — токсиканта первого класса опасности. В космической деятельности России необходимо запретить его использование в ракетах-носителях, разгонных блоках и космических аппаратах, взамен внедрив альтернативные, более безопасные виды топлива. Такими топливами могут быть, прежде всего, водород-кислородное, а также принципиально новое топливо — "нанотопливо", полученное с применением нанотехнологий.
У человечества нет выбора — использовать при ракетно-космической деятельности природоохранные технологии или обойтись без них. Без инноваций в космической технике превратится в гигантскую помойку не только родная планета, включая околоземное космическое пространство, но и вся Солнечная система.
Заключение
Космическая деятельность относится к опасным видам деятельности. На раннем этапе развития ракетно-космической техники основное внимание уделялось созданию собственно техники. По мере появления современных ракетно-космических комплексов, увеличения частоты пусков, накопления опыта эксплуатации ракетно-космической техники пришло понимание опасности космической деятельности, её негативного влияния на окружающую природную среду, возможности крупных материальных и финансовых ущербов при авариях и катастрофах, вреда жизни и здоровью обслуживающего персонала и населения. Аварии и катастрофы изделий ракетно-космической техники вызывают тяжелые финансовые последствия для предприятий ракетно-космической промышленности. Они, как правило, сопровождаются значительными материальными и финансовыми ущербами, гибелью людей и нанесением вреда окружающей природной среде.
Казалось бы околоземное космическое пространство огромное и мусор в нём пренебрежимо мал по массе и объёму. Чем же орбитальный мусор так опасен? Прежде всего, это вопрос безопасности, ведь современная защита космических аппаратов способна выдержать попадание микрометеоритов и техногенных частиц диаметром лишь до 1 см. Даже если исключить из списка угроз мусор, за которым следят с Земли, останется более 50 тыс. опасных частиц мусора диаметром больше 1 см, которые движутся с огромными скоростями. Любая из них может неожиданно пробить борт космического аппарата и вызвать разрушения, сравнимые с попаданием в него бронебойного малокалиберного снаряда.
При сохранении современных темпов космической деятельности и используемых технологий по прогнозам учёных ожидается удвоение орбитального мусора к концу следующего столетия, что вплотную приблизит содержание мусора к уровню лавинообразного его размножения из-за взаимных столкновений.
Орбитальное пространство космических аппаратов около Земли необходимо очистить от техногенного и космического мусора — такое мнение разделяют учёные и крупнейшие космические агентства. Однако очистка космоса, засорение которого длится более полувека, — это серьёзная технологическая задача. Вопрос, как обезопасить космонавтику от последствий своих же необдуманных действий, очень сложен. Прежде всего, препятствием является большое рассеяние и высокая скорость частиц орбитального техногенного мусора, а также их количество и зачастую слишком малый для надежного обнаружения размер.
Очевидно, что современные концентрации и энергетические характеристики орбитального мусора заведомо превосходит допустимые безопасные уровни, требуется срочная их стабилизация в ближайшее время и понижение — в дальнейшем. Требования по удалению мусора в ОКП означают необходимость существенной перестройки всей космической деятельности.
Конкретно они предусматривают исключение взрывов в ОКП, сокращение числа ракетных пусков, увеличение срока службы космических аппаратов, создание безотходных технологий их выведения на орбиты.
Существует и другая опасность РКТ в околоземном космическом пространстве. По приблизительным оценкам сегодня на орбитах в ОКП находятся около 60 космических аппаратов с радиоактивными материалами на борту. В 1978 году советский спутник Космос-954 после аварийного разрушения осыпал радиоактивными обломками северную часть Канады. С тех пор на Землю упали ещё 9 объектов с ядерными материалами.
Высокая стоимость и трудозатратность проектов создания и эксплуатации изделий ракетно-космической техники неизбежно приведёт к необходимости международной кооперации и объединения интеллектуальных, технических, финансовых и экономических ресурсов различных стран для решения мусорной проблемы в ОКП, однако когда это будет и какую цену придётся заплатить за это человечеству пока совершенно неясно.
Список использованной литературы
1. Романов В.И. Начала экскретологии. М.: Ваш полиграфический партнёр, — 2011 г., 162 с.
2. Толковый словарь русского языка под ред. Д. Н. Ушакова, М.:2010 г.
3. Приехали: мусор закрывает дорогу в космос. Сообщение сайта expansion.mubb.ru от 17 мая, 2011 г.
4. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник,М.: «Мысль», 1990 г.,639 С.
5. Дедю. И. И. Экологический энциклопедический словарь, Кишинёв: Главы, ред. МСЭ, 1989 г., 408 С.
6. Ожегов С.И. Словарь русского языка., М.: Русский язык, 1981 г., 816 с.
7. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983 г.,928 С.
8. Мусор. Коллекция фактов. Интернет-издание «Экология в мире» от 22.06.2008г
9. Кац Я.Г., Комарова Н.Г., Ушакова И.С. Экологические основы природопользования. Словарь-справочник москвича. М.: Издание МГУ, 2000 г.
10. Даль В. Толковый словарь живого великорусского языка, С.-Петербург, Москва, 1881 г.
11. Ожегов С.И. Словарь русского языка., М.: Русский язык, 1981 г., 816 с.
12. Околоземное космическое пространство. Интернет-издание Метеоэнциклопедия.
13. Рыхлова Л.В., Баканас Е.С. Околоземное космическое пространство: Мусор искусственный и мусор естественный.
14. Романов В.И. и др. «Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду». Справочное пособие, М.: «Анкил», 2000 г., 640с.
15. Муртазов А.К. Экология околоземного космического пространства. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 г. — 304 с.
16. Американцы решили разрезать старые спутники в космосе и использовать полученные детали для новых спутников. Сообщение membrana.ru/particle/169987utm… от 24 Октября 2011 г.
17. Часть космического мусора послужит на благо человечеству, mosplanetarium. Сообщение сайта http://innovanews.ru/info/news/hightech/6468/ Oct. 26th, 2011 г.
18. DARPA сделает космический мусор антенной зомби-сетью. Сообщение CNews от 25 октября 2011 г.
19. Технологии» Космос» Ученые создают робота для починки спутников прямо на орбите Новости Students.ru от 8-10-2008 г. Источник — http://newsland.ru/News/Detail/id/303435/cat/69
20. Приехали: мусор закрывает дорогу в космос. Сообщение сайта expansion.mubb.ru от 17 мая, 2011 г.
21. Иойрыш А. И., Яскин С. А. Позволяет ли закон удалять радиоактивные отходы в космос? «Земля и Вселенная» № 5, 1993 г.
22. Мозжорин А. Доклад на Второй ежегодной международной конференции «Космическая изоляция радиоактивных атомных отходов — очистка биосферы». Калининград, 12–14 января 1993 г.
23. Космический мусор. Росбалт. RU от 05.12.2010 г.
24. Космический мусор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии.
25. Сообщение журнала «Наука и жизнь» 1981, № 10, с. 112–113.
26. Ветров В.А., Казаков С.В. Природопользование и ядерная энергетика в России, М.:Атомэнергоиздат, 2010 г., 416с.
27. Железняков А. "Ядерное созвездие: история создания и эксплуатации отечественных космических аппаратов с ядерными энергетическими установками", Космический Мир. Энциклопедия "Космонавтика", 06.10.2002 г.
28. Наблюдение искусственных спутников Земли Сообщение сайта http://www.sat.belastro.net/index.php.
29. Муртазов А. К. Физические основы экологии околоземного пространства. РЯЗАНЬ-2008 г.
30. Сообщение сайта www.nature.ru. от — 27 августа 2001 г.
31. Сообщение сайта www.nature.ru. от 24 декабря 2000 г.
32. Как ходят в туалет на космическом корабле. Техноновости
от 15.3.2011 г. Русская версия Invision Power Board (http://www.invisionboard.com) «ПЛАНАР-СИТИ».
33. Вольвач А.Е., Румянцев В.В., Молотов И.Е. и др. Исследования фрагментов космического мусора в геостационарной области,"Космическая наука и технология" (НКАУ), 19 сентября 2006 г.
34. Лескова Н. Космическая деятельность на сегодня антиэкологична". Журнал "Огонёк". № 31 (5190). 08.08.2011 г.
35. Федеральное космическое агентство (Роскосмос). Космический мусор: десерт для бактерий. Сообщение от 23.10.2010 г.
36. Фрадкин В. Космический мусор — поддаётся ли решению эта проблема? «Немецкая волна» от 29.12.2011 г.
37. Представлен оригинальный способ удаления космического мусора. — Новости / Наука и техника, от 13. Апреля.2011 г. Информация сайта arXiv.Compulenta.ru.
39. Мартин Дж. Вход в атмосферу, М.:МИР, 1969 г.
40. РОСТ Р 52985-2008 Экологическая безопасность ракетно-
космической техники. Общие технические требования.
4Е Кисляков А. Пугало в космосе. Инфо ШОС от 05.06.2009 г. http://infoshos.ru/ru/?idn=4345.
42. Большая медицинская энциклопедия. Второе издание в 36 томах (1956–1964 годы) под редакцией академика А. Н. Бакулева.
43. Национальный стандарт российской федерации ЕОСТР 52925-2008 (изделия космической техники). Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. РОСТ Р 52925—2008.
Краткий тематический словарь
А
абляция — разрушение поверхности тела (обычно метеорита) из-за сопротивления среды, возникающее при прохождении тела через земную (или любой другой планеты) атмосферу.
авторегуляция (в природе) — система взаимодействий в природе, основанная на прямых и обратных связях и ведущая в соответствии с принципом Ле Шателье к динамическому равновесию или самоорганизации и саморазвитию всей системы.
аккреция — (лат. accretio — приращение, увеличение). Падение вещества из окружающего пространства на небесное тело.
активность солнечная — совокупность нестационарных процессов в атмосфере Солнца: пятна, факелы, вспышки,
корональные конденсации, флоккулы и др.
альбедо — в общем случае отношение полного потока излучения, отраженного телом во всех направлениях, к полному падающему потоку.
антропоцентризм — воззрение, согласно которому человек является центром Вселенной и целью всех совершающихся в ней событий.
апогей — наиболее удаленная от Земли точка орбиты небесного тела, обращающегося вокруг неё.
артебиосфера — (лат. arte — искусственный). Слой биосферной колонизации в околоземном космическом пространстве, в котором находятся обитаемые космические станции и корабли.
Астрономическая единица длины (а.е.) — единица расстояний, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. 1а.е. = 149,6 млн. км.
астероиды (малые планеты) — небольшие планетоподобные тела неправильной формы, орбиты наибольшего числа которых находятся между орбитами Марса и Юпитера.
астроботаника — наука, занимающаяся исследованием характеристик земных растений с целью определения возможности существования подобных на других планетах. Основана Г.А. Тиховым, проводившим такие исследования в отношении Марса.
атмосфера — газовый слой, окружающий поверхности некоторых планет.
— захваченная — атмосфера планеты, появившаяся при ее образовании в результате аккреции и сохранившаяся в последующем.
— Земли — масса составляет величину порядка 5.91018 кг. Состав: азот — 78.08 %, кислород — 20.29 %, аргон —0.93 %, водяной пар — 0.2–2.6 %, углекислый газ — 0.035.
— однородная — модель атмосферы, плотность и температура которой по всей толщине соответствуют параметрам вблизи поверхности, планеты. Масса однородной атмосферы соответствует массе реальной атмосферы, поэтому её высота используется во многих расчетах.
— солнечная — внешняя газовая оболочка Солнца, включающая в себя фотосферу, хромосферу и корону.
афелий — наиболее удаленная от Солнца точка орбиты небесного тела в Солнечной системе.
Б
биоастрономия — наука, занимающаяся проблемами поиска планет в других звёздных системах, исследованием эволюции планет и возможности зарождения на них жизни, поиском органических молекул во Вселенной, примитивной биологической активности, а также организацией поиска сигналов от внеземных цивилизаций и проявления их деятельности на Земле.
биосфера — область существования и функционирования всей совокупности живущих ныне организмов. Охватывает нижнюю часть атмосферы до озонового слоя, гидросферу до дна самых глубоких впадин, верхнюю часть литосферы до глубины около 4 км. По В.И. Вернадскому является активной оболочкой Земли, где совокупная деятельность земных организмов и человека проявляется как геохимический фактор планетарного значения. Близка к понятию «географическая оболочка».
Болид (греч. ; от — метательное копьё) — метеор яркостью не менее 4m (ярче, чем планета Венера), либо имеющий заметные угловые размеры. Международный астрономический союз не имеет официального определения понятия «болид». Особо яркие болиды иногда называют суперболидами.
Болиды часто оставляют яркий след (хвост) из пыли и ионизованных газов. Метеориты, перед выпадением на Землю, видны как болиды. Полёт может сопровождаться звуком и/или нарушением радиосвязи. Крупные болиды можно наблюдать днём. Явление изучается метеоритикой.
В
весна — время года, переходный период между зимой и летом. В астрономическом понимании — промежуток времени от момента весеннего равноденствия до летнего солнцестояния.
ветер солнечный — поток заряженных частиц, вылетающих радиально из солнечной короны со скоростями порядка 400 км/с вблизи Земли. Вместе с «вмороженным» в него магнитным полем деформирует магнитосферы планет, формирует газовые хвосты комет.
воздействие
— антропогенное — сумма прямых и опосредованных влияний человечества на что-либо.
— антропогенное на природу — прямое осознанное или косвенное и неосознанное воздействие человеческой деятельности, вызывающее изменение природной среды.
— глобальное — воздействие естественных или антропогенных факторов на биосферу Земли в целом.
— на климат — изменение глобальной энергетики Земли вследствие антропогенных воздействий: накопление углекислого газа, изменения плотности озонового слоя, загрязнение атмосферы, прямые выбросы энергии и т. д.
воздух атмосферный — эволюционно сложившийся состав нижнего слоя атмосферы.
Г
гелиобиология — наука о солнечно-биологических связях, основы которой заложены в начале XX в. А.Л. Чижевским.
геоид — эквипотенциальная поверхность гравитационного поля Земли. В каждой её точке сила тяжести направлена по нормали к ней, и совпадает со средним уровнем Мирового океана.
геосистема — природная система, состоящая из взаимообусловленных компонентов, принадлежащих литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере, функционирующая и развивающаяся во времени как единое целое. Является понятием территориально неопределенным, отражающим системные свойства (целостность, взаимосвязь) разнородных элементов.
геосфера — концентрические, сплошные или прерывистые оболочки Земли, различающиеся между собой по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам. Выделяют магнитосферу, атмосферу, гидросферу, литосферу, мантию и ядро.
геофизика — комплекс наук о Земле, изучающих внутреннее строение, физические свойства и процессы, происходящие в геосферах.
геоэкология — практический раздел экологии, наука о взаимодействии геосистем, биосистем и социально-производственных систем. Особое внимание обращает на антропогенные воздействия, разработку рекомендаций по рациональному природопользованию и охране природы.
— космическая — изучение экосистем аппаратурой, установленной на искусственных спутниках Земли.
гетеросфера — часть атмосферы, располагающаяся выше гомопаузы (с высот около 120 км для Земли), состав которой определяется диффузией.
гомеостаз — (греч. homoios — подобный, stasis — неподвижность). Состояние подвижного равновесия гео— или экосистемы, поддерживаемое сложными приспособительными реакциями, постоянной функциональной саморегуляцией природных систем в соответствии с принципом Ле Шателье.
Д
дегазация — выделение недрами планеты газов, могущих оказывать существенное влияние на процессы в её атмосфере (например, на состояние озонового слоя в атмосфере Земли).
день полярный — промежуток времени, когда Солнце как минимум сутки не заходит за горизонт. Продолжительность полярного дня на полюсах Земли составляет 189 суток.
диссипация — явление ускользания газов из атмосфер небесных тел, вызванное тепловым движением молекул. В частности, водород, образующий корону Земли, является продуктом диссоциации молекул воды под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, и дальнейшей диссипации атомов из атмосферы.
дождь метеорный — метеорный поток весьма большой интенсивности. Один из наиболее интенсивных метеорных потоков — Леониды, встреча с которым давала в 1799, 1833, 1866 и 1966 гг. рекордные числа метеоров.
дыра озоновая — обширные области в озонном слое с заметно (до 50 %) пониженным его содержанием. Темпы её расширения составляют в последнее десятилетие около 4 % в год над Антарктикой и несколько меньше в арктических областях. Появление озоновых дыр связывают в основном с техногенной деятельностью.
Ж
жизненность — степень стойкости живых организмов к нарушениям и резким изменениям окружающей среды. Её критериями служат: интенсивность размножения и выживания потомства, конкурентоспособность при межвидовых и внутривидовых отношениях, оптимальная численность особей, приспособленность к условиям абиотической среды. Весьма важны исследования жизненности при проведении экспериментов на околоземных орбитах и в открытом космосе.
3
загрязнение
— околоземного пространства естественное — осколки небесных тел (метеороидов, комет), космическая пыль, газ, заполняющие околоземное космическое пространство.
— околоземного пространства искусственное — техногенные отходы: осколки космических аппаратов и ракет-носителей,
различных составляющих их конструкций (в том числе ядерных реакторов), отходы топлива, собственной атмосферы ИСЗ на околоземных орбитах. Кроме того, загрязнение околоземного пространства электромагнитными полями (излучениями, в т. ч. радиоактивными) техногенного происхождения.
— радиоактивное — форма физического загрязнения, связанная с попаданием в окружающую среду радиоактивных элементов.
закон
— минимума (Ю. Либиха) — жизненность организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
— необратимости эволюции (Л. Полло) — эволюция необратима: организм (популяция, вид) не может вернуться к состоянию, уже ранее осуществленному в ряду его предков._
— сохранения — в применении к экологии закон сохранения имеет в своей основе биотический круговорот веществ.
— толерантности (В. Шелфолда) — процветание организма ограничено зонами минимума и максимума определённых экологических факторов; между ними располагается зона экологического оптимума. Каждый вид характеризуется способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных — толерантностью.
— (ы) общей экологии (Б. Коммонера) — 1.всё связано со всем; 2.всё должно куда-то деваться; 3.природа знает лучше; 4.ничто не даётся даром.
— постоянства количества живого вещества — по В.И.
Вернадскому количество живого вещества биосферы для данной геологической эпохи постоянно.
землеведение космическое — совокупность исследований Земли из космоса с помощью аэрокосмических методов и визуальных наблюдений.
Земли фигура — форма геометрического тела, лучше всего удовлетворяющая форме Земли. Трехосный эллипсоид Красовского: а = 6378,2 км, b = 6356,9 км,/= 1/298,3, е = 0,08. Его максимальное отклонение от геоида составляет ~ 100 м.
Земля — третья планета Солнечной системы с большой полуосью орбиты около 150 млн. км и периодом обращения 365,26 сут. Её масса составляет 5,98'Ю1024 кг, диаметр 12756 м, период осевого вращения 23 час. 56 мин. Окружена плотной атмосферой с плавающими в ней облаками из водяного пара, состоящей на 78,1 % из азота, 20,9 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа. Поверхность на две трети покрыта водой.
Елубины до 11 км, высоты на суше до 9 км. Имеет металлическое ядро, состоящее из расплавленного железа и никеля, возможно с твёрдым центром. Температура в центре Земли — около 4000 °C. Ядро окружено силикатной мантией. Кора имеет толщину около 10 км под океанами и примерно 30 км там, где расположены континенты. Имеет один естественный спутник — Луну.
зима ядерная — резкое длительное общепланетное похолодание, вызванное экранированием солнечного излучения массами пыли и пепла, возникшими в результате ядерной войны или падения астероида.
зона — географическая территория, в пределах которой наблюдается однозначность показателей интенсивности какого-либо явления или их совокупности, либо эта интенсивность варьируется в пределах определенного интервала.
И
излучение_
— ионизирующее — поток частиц и жестких квантов электромагнитного излучения, ведущее к ионизации атомов и молекул среды. В дозах, превышающих естественные, наносит вред живым организмам.
Читать бесплатно другие книги:
