Борьба с космическим мусором
В 1957 году Советский Союз запустил в космос первый искусственный спутник Земли, открыв тем самым новую эру в истории человечества – эру освоения космоса. За прошедшие с тех поре более чем 50 лет человек отправил в космос огромное количество разнообразных спутников, ракет, научных станций. Все это вело к планомерному загрязнению космического пространства вокруг нашей планеты. По информации NASA на июль 2011 года вокруг Земли «крутилось» 16 094 объекта, имевших искусственное происхождение, в том числе 3 396 функционирующих и уже отказавших спутников, а также 12 698 разгонных блоков, отработавших ступеней ракет-носителей и их обломков. В представленном документе говорится о том, что по количеству объектов искусственного происхождения на околоземной орбите первое место занимает Россия – 6075 объектов, из которых 4667 – это космический мусор, далее идут США, Китай, Франция, Индия и Япония.
Размер мусорных фрагментов, которые находятся на околоземной орбите, достаточно широко варьируется: от микрочастиц до размеров школьного автобуса. То же самое можно сказать и по массе данного мусора. Большие фрагменты могут весить до 6 тонн, в то время как вес малых частиц составляет всего несколько граммов. Все эти объекты перемещаются в космосе на разных орбитах и с разными скоростями: от 10 тыс. км/ч до 25 тыс. км/ч. При этом в случае столкновения таких частей космического мусора друг с другом или с каким-либо спутником, движущимися в противоположных направлениях, их скорость может достигать 50 тыс. км/ч.
По словам Александра Багрова старшего научного сотрудника НИИ астрономии РАН, сегодня складывается парадоксальная ситуация. Чем больше аппаратов человечество запускает в космос, тем менее пригодным он становится для использования. Космические аппараты выходят из строя каждый год с завидной регулярностью, результатом этого является то, что на орбите Земли количество мусора возрастает ежегодно на 4%. В настоящее время на земной орбите вращается до 150 тысяч различных объектов, имеющих размеры от 1 до 10 см., частиц же, размеры которых менее 1 см. в диаметре – просто миллионы. При этом, если на низких орбитах до 400 км, космический мусор тормозится верхними слоями атмосферы планеты и через определенное время падает на Землю, то на геостационарных орбитах он может находиться бесконечно долгое количество времени.
Свой вклад в дело увеличения космического мусора вносят разгонные блоки ракет, при помощи которых на орбиту Земли выводятся спутники. В их баках продолжает оставаться около 5-10% топлива, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что часто приводит к достаточно мощным взрывам. После ряда лет пребывания в космосе отслужившие свое ступени ракет взрываются на куски, разбрасывая вокруг себя своеобразную «шрапнель» из мелких осколков. За последние несколько лет в околоземном пространстве было отмечено порядка 182 подобных взрывов. Так только один взрыв ступени индийской ракеты стал причиной образования сразу 300 крупных обломков, а также бесчисленного количества более мелких, но не менее опасных космических объектов. Сегодня в мире уже есть первые жертвы космического мусора.
Так в июле 1996 года на высоте примерно в 660 км. французский спутник столкнулся с фрагментом 3-й ступени французской же ракеты-носителя Arian, которая была запущена в космос гораздо раньше. Относительная скорость в момент столкновения составляла порядка 15 км/с или 50 тыс. км/ч. Стоит ли говорить о том, что французские специалисты, которые прозевали приближение своего же крупного объекта, после этой истории еще долго кусали локти. Данное происшествие не обернулось крупным международным скандалом, так как оба столкнувшихся в космосе объекта обладали французским происхождением.
Именно поэтому проблема с космическим мусором в наши дни не нуждается в дополнительном муссировании. Надо просто иметь в виду тот факт, что существующими темпами уже в скором времени существенная часть земной орбиты станет не самым безопасным местом для космических аппаратов. Понимая это, исследователь Джонатан Миссель, являющийся сотрудником Техасского сельскохозяйственного университета, полагает, что все существующие методы уборки космического мусора имеют как минимум одну из двух общих для них болезней. Они либо предполагают проведение миссий «Один кусок космического мусора – один мусорщик» (а это очень дорого), либо предполагают создание технологий, на доводку которых уйдет не одно десятилетие. Между тем количество жертв космического мусора лишь растет.
Понимая это, Джонатан Миссель предлагает модернизировать концепцию «Один кусок космического мусора – один мусорщик» до многоразового использования. Разработанная им совместно с коллегами система под названием TAMU Space Sweeper со спутником Sling-Sat (спутник-праща) оснащена специальными настраиваемыми «руками». Такой спутник после своего сближения с космическим мусором захватывает его специальным манипулятором. При этом по причине разных векторов движения Sling-Sat начинает закручивать, но благодаря регулируемому наклону и длине «рук» данный маневр является полностью контролируемым, что позволяет, вращаясь наподобие футбольного мяча, осмысленно менять собственную траекторию, отправляя «спутник-пращу» навстречу следующим кускам космического мусора.
В тот момент, когда спутник оказывается на траектории движения к второму космическому объекту, первый элемент космического мусора бует отпущен им во время вращения. Причем произойдет это под таким углом, чтобы образец космического мусора гарантировано врезался в атмосферу нашей планеты, сгорев в ней. Добравшись до второго объекта космического мусора, данный спутник повторит проделанную операцию и будет делать так всякий раз, получая при этом дополнительный заряд кинетической энергии от космического мусора и одновременно, отправляя его назад на Землю к породившей его планете.
Стоит отметить, что данная концепция чем-то напоминает метод древнегреческих прыгунов в длину, которые делали это с отбрасыванием гантелей (для получения дополнительного ускорения). Правда, в данном конкретном случае, объекты космического мусора надо будет ловить и бросать на лету, справится ли с этим TAMU Space Sweeper, вопрос открытый.
Проведенное компьютерное моделирование показывает, что предложенная схема обладает высокой теоретической топливной эффективностью. И это понятно: в случае со «спутником-пращей» энергию предполагается брать от достаточно давно уже разогнанных до 1-й космической скорости кусков спутников и ракет, а не из топлива, которое к нашему сборщику мусора пришлось бы доставлять с Земли.
Разумеется, у представленной Мисселем концепции есть достаточно узкие места. Стоит отметить, что ни один из кусков космического мусора, естественно, не приспособлен для ловушки манипулятора и самое главное – для высоких ускорений во время интенсивного вращения. В том случае, если кусок будет слишком большим и тяжелым, его энергия во время вращения может оказаться достаточной для разрушения самого себя, а также манипулятора. В то же время создание вместо одного объекта космического мусора большого количества других вряд ли приведет к улучшению ситуации в космосе на низких околоземных орбитах. При этом, безусловно, идея видится интересной, а в случае адекватного технического воплощения – эффективной.
Источники информации:
-http://science.compulenta.ru/739126
-http://www.popmech.ru/article/479-kosmicheskiy-musor
-http://dev.actualcomment.ru/idea/996
-http://cometasite.ru/kosmicheskiy_musor
Размер мусорных фрагментов, которые находятся на околоземной орбите, достаточно широко варьируется: от микрочастиц до размеров школьного автобуса. То же самое можно сказать и по массе данного мусора. Большие фрагменты могут весить до 6 тонн, в то время как вес малых частиц составляет всего несколько граммов. Все эти объекты перемещаются в космосе на разных орбитах и с разными скоростями: от 10 тыс. км/ч до 25 тыс. км/ч. При этом в случае столкновения таких частей космического мусора друг с другом или с каким-либо спутником, движущимися в противоположных направлениях, их скорость может достигать 50 тыс. км/ч.
По словам Александра Багрова старшего научного сотрудника НИИ астрономии РАН, сегодня складывается парадоксальная ситуация. Чем больше аппаратов человечество запускает в космос, тем менее пригодным он становится для использования. Космические аппараты выходят из строя каждый год с завидной регулярностью, результатом этого является то, что на орбите Земли количество мусора возрастает ежегодно на 4%. В настоящее время на земной орбите вращается до 150 тысяч различных объектов, имеющих размеры от 1 до 10 см., частиц же, размеры которых менее 1 см. в диаметре – просто миллионы. При этом, если на низких орбитах до 400 км, космический мусор тормозится верхними слоями атмосферы планеты и через определенное время падает на Землю, то на геостационарных орбитах он может находиться бесконечно долгое количество времени.
Свой вклад в дело увеличения космического мусора вносят разгонные блоки ракет, при помощи которых на орбиту Земли выводятся спутники. В их баках продолжает оставаться около 5-10% топлива, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что часто приводит к достаточно мощным взрывам. После ряда лет пребывания в космосе отслужившие свое ступени ракет взрываются на куски, разбрасывая вокруг себя своеобразную «шрапнель» из мелких осколков. За последние несколько лет в околоземном пространстве было отмечено порядка 182 подобных взрывов. Так только один взрыв ступени индийской ракеты стал причиной образования сразу 300 крупных обломков, а также бесчисленного количества более мелких, но не менее опасных космических объектов. Сегодня в мире уже есть первые жертвы космического мусора.
Так в июле 1996 года на высоте примерно в 660 км. французский спутник столкнулся с фрагментом 3-й ступени французской же ракеты-носителя Arian, которая была запущена в космос гораздо раньше. Относительная скорость в момент столкновения составляла порядка 15 км/с или 50 тыс. км/ч. Стоит ли говорить о том, что французские специалисты, которые прозевали приближение своего же крупного объекта, после этой истории еще долго кусали локти. Данное происшествие не обернулось крупным международным скандалом, так как оба столкнувшихся в космосе объекта обладали французским происхождением.
Именно поэтому проблема с космическим мусором в наши дни не нуждается в дополнительном муссировании. Надо просто иметь в виду тот факт, что существующими темпами уже в скором времени существенная часть земной орбиты станет не самым безопасным местом для космических аппаратов. Понимая это, исследователь Джонатан Миссель, являющийся сотрудником Техасского сельскохозяйственного университета, полагает, что все существующие методы уборки космического мусора имеют как минимум одну из двух общих для них болезней. Они либо предполагают проведение миссий «Один кусок космического мусора – один мусорщик» (а это очень дорого), либо предполагают создание технологий, на доводку которых уйдет не одно десятилетие. Между тем количество жертв космического мусора лишь растет.
Понимая это, Джонатан Миссель предлагает модернизировать концепцию «Один кусок космического мусора – один мусорщик» до многоразового использования. Разработанная им совместно с коллегами система под названием TAMU Space Sweeper со спутником Sling-Sat (спутник-праща) оснащена специальными настраиваемыми «руками». Такой спутник после своего сближения с космическим мусором захватывает его специальным манипулятором. При этом по причине разных векторов движения Sling-Sat начинает закручивать, но благодаря регулируемому наклону и длине «рук» данный маневр является полностью контролируемым, что позволяет, вращаясь наподобие футбольного мяча, осмысленно менять собственную траекторию, отправляя «спутник-пращу» навстречу следующим кускам космического мусора.
В тот момент, когда спутник оказывается на траектории движения к второму космическому объекту, первый элемент космического мусора бует отпущен им во время вращения. Причем произойдет это под таким углом, чтобы образец космического мусора гарантировано врезался в атмосферу нашей планеты, сгорев в ней. Добравшись до второго объекта космического мусора, данный спутник повторит проделанную операцию и будет делать так всякий раз, получая при этом дополнительный заряд кинетической энергии от космического мусора и одновременно, отправляя его назад на Землю к породившей его планете.
Стоит отметить, что данная концепция чем-то напоминает метод древнегреческих прыгунов в длину, которые делали это с отбрасыванием гантелей (для получения дополнительного ускорения). Правда, в данном конкретном случае, объекты космического мусора надо будет ловить и бросать на лету, справится ли с этим TAMU Space Sweeper, вопрос открытый.
TAMU Space Sweeper
Проведенное компьютерное моделирование показывает, что предложенная схема обладает высокой теоретической топливной эффективностью. И это понятно: в случае со «спутником-пращей» энергию предполагается брать от достаточно давно уже разогнанных до 1-й космической скорости кусков спутников и ракет, а не из топлива, которое к нашему сборщику мусора пришлось бы доставлять с Земли.
Разумеется, у представленной Мисселем концепции есть достаточно узкие места. Стоит отметить, что ни один из кусков космического мусора, естественно, не приспособлен для ловушки манипулятора и самое главное – для высоких ускорений во время интенсивного вращения. В том случае, если кусок будет слишком большим и тяжелым, его энергия во время вращения может оказаться достаточной для разрушения самого себя, а также манипулятора. В то же время создание вместо одного объекта космического мусора большого количества других вряд ли приведет к улучшению ситуации в космосе на низких околоземных орбитах. При этом, безусловно, идея видится интересной, а в случае адекватного технического воплощения – эффективной.
Источники информации:
-http://science.compulenta.ru/739126
-http://www.popmech.ru/article/479-kosmicheskiy-musor
-http://dev.actualcomment.ru/idea/996
-http://cometasite.ru/kosmicheskiy_musor
Информация