Космический мусор: чем он опасен для жителей Земли
Что такое космический мусор
Космический мусор представляет собой твердые отходы космической деятельности. Сюда относятся неработоспособные спутники, запущенные человеком за 60 лет освоения космоса, вторая и третья ступени ракета-носителя (первая обычно падает в Тихий океан), разгонные блоки и фрагменты спутников после взрыва или столкновений, например, фрагменты обшивки — так появляется космический мусор.
Ученые подсчитали, что сейчас в космосе находится почти 128 млн кусков космического мусора размером более 1 мм и 34 тыс. частиц размером более 10 см. Все, что меньше 1 мм подсчитать крайне трудно, некоторые ученые говорят о триллионах таких частиц. Около 3 тыс. спутников вышли из строя из-за мусора и сами превратились в космический мусор.
Астрономы могут отследить только крупные фрагменты, так как скорость частиц может доходить до 14 км/с (зависит от орбиты). Россия и США сейчас наблюдают за 23 тыс. космических объектов размером от 10 см, каталогизировано же и того меньше — 17 тыс. При этом 95% каталога космических объектов составляет космический мусор.
Проблемы и угрозы
Степень опасности космического мусора определяется в основном тремя факторами:
- как долго космический мусор находится на орбите;
- какова скорость движения;
- велика ли сложность утилизации космического мусора.
Главная проблема мусорного кризиса в космосе — выход из строя работающих спутников при столкновении с космическим мусором. Из-за больших скоростей опасность представляют даже частицы менее 1 см, они могут пробить противометеоритную защиту орбитальной станции. При столкновении с объектом более 10 см любой космический аппарат или станция гарантированно уничтожаются.
В мае 2016 года в Международную космическую станцию (МКС) влетела частица космического мусора размером в сотые доли миллиметра и оставила на МКС скол диаметром около 7 мм. Чтобы не допустить более разрушительных последствий МКС приходится регулярно менять свою орбиту, уворачиваясь от мусора.
Хоть мелкий мусор и не влечет за собой катастрофических последствий, однако его опасность заключается в гигантском объеме, неконтролируемом распределении в пространстве, огромной скорости и абсолютной непредсказуемости столкновений.
Сейчас около 99% потенциально опасных объектов вовсе не контролируется из-за их малых размеров и огромных скоростей.
Что такое синдром Кесслера и при чем он здесь
Ученые предполагают, что в какой-то момент мы больше не сможем выводить новые спутники на орбиты, так как они будут полностью заняты космическим мусором. Это может произойти из-за каскадного эффекта, который называется синдромом Кесслера:
стремительно растущий объем космического мусора будет производить другой мусор, а он, в свою очередь, по цепной реакции — новый мусор.
Общий характер каскадного эффекта такой же, как и у ядерной цепной реакции. Таким образом орбиты будут заняты, и человек больше не сможет запускать летательные аппараты по причине неконтролируемых столкновений.
Вероятность столкновений на любой орбите растет приблизительно пропорционально квадрату количества космических объектов. Есть ученые, которые считают, что каскадный эффект уже начался в некоторых орбитальных областях и для некоторых классов космического мусора (на высотах 900–1000 км и 1500 км).
Наиль Бахтигараев, старший научный сотрудник Института астрономии РАН:
«Где-то десять лет назад поднялся шум из-за эффекта Кесслера. Считалось, что он вот-вот начнется, но затем его отложили. Когда он все-таки начнется, зависит от уровня развития науки и технологий. Но даже если мы будем предпринимать технические мероприятия по уничтожению мусора, то этот момент все равно настанет. Сейчас мы лишь замедляем и отдаляем его»
10 февраля 2009 года на расстоянии 790 км над уровнем моря столкнулись два спутника: американский Iridium-33 и российский «Космос-2251». В результате летательные аппараты разлетелись на 600 осколков размером более 5 см и несколько тысяч более мелких.
Впрочем, на сегодняшний день столкновения работающих летательных аппаратов с космическим мусором на орбите происходят довольно редко благодаря работающим системам слежения. Существует другая проблема — взрывы старых спутников, на борту которых осталось топливо и отработанные аккумуляторы. Под различного рода воздействием они могут повреждать работающие спутники сильнее, чем обычные столкновения.
Утилизация космического мусора
Говорить о том, что космический мусор станет серьезной проблемой, начали еще в 1960-е годы, на заре освоения космоса. Но до сих пор не придумали реальной возможности массово удалять мусор с околоземных орбит. «Существуют программы по удалению космического мусора, но они единичные и не решают проблему. Удалить можно только крупный мусор, то есть более 20 см, с объектами менее 10 см возникают большие сложности», — говорит Бахтигараев из Института астрономии РАН.
Так как существующие технологии не способны избавить космос от мусора, то космические агентства начали уделять внимание профилактике. Для новых аппаратов предъявляют стандарты, например, на борту космических аппаратов закладывают ресурс, чтобы они могли уходить от столкновений с мусором. Также их снабжают броней, которая защищает космического мусора, но только от мелкого.
На сегодняшний день работающей технологией по утилизации космического мусора является увод старых спутников на соседние орбиты. Это можно сделать с помощью аппаратов-захватчиков, которые буксируют мусор на орбиты для захоронения. Также отработанные спутники могут сами уходить со своих мест на остатках топлива. Но массово эти методы не применяются.
Считается, что космический мусор не падает на Землю, но это не совсем так. Для отработанных крупных спутников и грузовых кораблей на Земле в Тихом океане существует свое кладбище, где их затапливают, так как они не сгорают в атмосфере. Это место расположено в южной части Тихого океана около точки Немо, самого удаленного от суши места на Земле. Над этим местом запрещено летать и проплывать кораблям. Так проблема космического мусора превращается в проблему земного мусора. С 1971 по 2016 года там захоронили минимум 260 аппаратов.
Сейчас перед астрофизиками стоит задача, как избавиться от мусора на геостационарной орбите или поясе Кларка. Она находится непосредственно над экватором Земли на расстоянии 35 786 км. Эта орбита очень привлекательна для запуска спутников, так как на ней летательные аппараты требуют меньше топлива и охватывают значительно больше поверхности Земли, чем на других орбитах. Однако количество точек стояния спутников на геостационарной орбите ограничено — их около 180. Помимо очистки геостационарной орбиты, важное значение имеет удаление космического мусора в окрестностях МКС, так как станция является дорогостоящей и очень уязвимой.
Космический мусор: карты и модели
Чтобы убедиться, что наша планета окружена мусором, не надо лететь в космос. Ученые смоделировали то, как выглядят околоземные орбиты. Один из таких сайтов — «Гид в мире космоса». Карта показывает соотношение работающих спутников к тем, которые уже стали мусором.
Видео от Европейского космического агентства демонстрирует, насколько много мусора находится вокруг Земли. В начале модель показывает обломки больше 1 м, а в самом конце — количество космических объектов от 1 мм:
Источник
Мусорное пятно в океане: главные факты и фото из космоса
Большое Тихоокеанское мусорное пятно является самым большим и, наверное, самым известным скоплением плавающего мусора в мире. Оно расположено между Гавайями и Калифорнией. Говорят, что мусорное пятно «больше, чем Франция», и это — правда. Его точный размер неизвестен, но, по предварительным данным, площадь этой области составляет от 700 тыс. до 1,5 млн км². Для сравнения: площадь Франции — 643 тыс. км². Мусорное пятно в океане настолько заметно, что есть даже его фото из космоса.
Когда стало известно о его существовании?
Скопление мусора было обнаружено в 1997 году яхтсменом Чарльзом Муром, который по пути домой в Лос-Анджелес проплыл через путаницу плавающих пластиковых бутылок и другого мусора. Океанограф Кертис Эббесмейер, известный своим опытом в отслеживании океанских течений и перемещении груза, впоследствии изучил эту область и назвал ее Восточным мусорным континентом.
Из-за чего появилось Тихоокеанское мусорное пятно?
В ходе дальнейших исследований удалось установить, что 46% мусора — это рыболовные сети и другие приспособления для рыбалки: веревки, ловушки, ящики и корзины. Это соотношение удивило исследователей. Общепринятая цифра для морского мусора во всем мире — 20% от рыболовных источников и 80% от потребительского мусора.
Также ученые предположили, что еще 20% мусора могло появиться в океане вследствии цунами 2011 года в Японии. Оно было вызвано сильнейшим землетрясением, магнитуда которого составила 9 баллов.
Чем опасен мусор в океане?
Загрязнение является одной из главных экологических угроз для морей, наряду с повышением уровня воды и температуры в океанах. Из-за брошенного рыболовного снаряжения и пластика значительно сокращается популяция рыб и других обитателей моря. Ежедневно на берег выбрасывает мертвых китов, дельфинов, тюленей и черепах, запутанных в сети.
Мусор в Тихом океане: фото из космоса
Ученые сейчас работают над техникой для отслеживания пластикового мусора в океане из космоса. Но она нуждается в усовершенствовании, потому что разрешение снимков оставляет желать лучшего. Дело в том, что отдельные скопления мусора намного меньше того размера, который способны передавать спутники.
На этом нечетком снимке показаны мусорные острова, фото из космоса.
Источник
Космический мусор: весь ли ближайший космос уже загажен?
Мусор – глобальная проблема человечества. Арктика, океаны и даже вершина Эвереста страдают от огромного количества мусора – просто потому, что уборка стоит очень дорого. Когда Земля оказалась вся загажена, люди с упорством принялись делать то же самое и на орбите. И можно быть уверенным, что при освоении Солнечной системы сценарий сильно не поменяется.
Что мы понимаем под космическим мусором? Это все искусственные объекты, а также их обломки, которые находятся на орбите, но уже не представляют никакой ценности – либо вследствие истечения срока службы, либо из-за поломок. Этот мусор представляет довольно серьезную опасность для действующих космических объектов, а также и для земной поверхности (в случае неполного сгорания в атмосфере при сходе с орбиты).
Проблема космического мусора возникла далеко не вчера. Теоретически первым космическим мусором являлся первый спутник Земли, запущенный в 1957 году и переставший работать через три недели. Сегодня же на разных орбитах находится, по предварительным оценкам, до 300 тысяч объектов , а их общий вес достигает 5000 тонн . И только 6% этих объектов – действующие, а остальные являются мусором. Из стран наибольшее вклад в засорение космического пространства вносят США, Россия и Китай.
И если вы считаете, что в фильме «Гравитация» сюжет нереален (когда космический мусор привел экипаж к катастрофическим последствиям), то вот вам пример. В 2009 году произошло первое в истории столкновение спутников – российского военного «Космос-2251» и международного «Иридиум 33».
В результате столкновения оба спутника разрушились. И вместо двух объектов по орбите на высокой скорости стали бесконтрольно летать свыше 600 обломков, представляющих угрозу другим космическим аппаратам. И к сожалению, какой-либо защиты от обломков больше сантиметровой величины пока не существует.
Можно ли как-то бороться с космическим мусором? Сегодня различные международные организации пытаются это делать. По крайней мере, проводится постоянный мониторинг и учет всех объектов, находящихся вокруг Земли. Но экономически оправданных методов очистки космического пространства пока не существует. То есть, пока очистка околоземной орбиты происходит естественным путем – постепенным снижением объектов и их сгоранием в атмосфере. К сожалению, это происходит медленней, чем в космос запускаются новые спутники и корабли.
Что произойдет, если в космосе начнут функционировать системы глобального интернета типа OneWeb и Starlink с их тысячами спутников – сложно предположить. Ясно одно – пока не выработано никаких механизмов очистки околоземного пространства, и проблема космического мусора в ближайшие годы решена, увы, не будет.
Источник
Чем опасен космический мусор и как его уничтожают
По разным оценкам, количество космического мусора на орбите Земли варьируется от 220 до 300 тысяч объектов. При этом, объекты, размером в поперечнике более 1 см, составляют от 20 до 33% (от 60 тыс. до 100 тыс) всего космического мусора. Только представьте, какой эффект может оказать «астрономическая пуля» на пролетающий мимо космический корабль. Конечно, в масштабах нашей орбиты это кажется несущественным, но по мнению ученых, после 2055, в результате взаимного саморазрушения уже имеющегося на орбите мусора, проблема космического мусора станет серьезным препятствием для дальнейшего освоения космоса. Теперь подробнее об этом и других возможных последствиях.
Суть проблемы
Угроза физического столкновения
За всё время программы шаттлов, на них было обнаружено порядка 170 следов на иллюминаторах от столкновения, к счастью с микрочастицами (0,2 мм в диаметре). Около 70 иллюминаторов пошли под замену. На изображении слева кратер диаметром 2.5 мм от частицы краски.
- В июле 1996 года французский спутник столкнулся с третьей ступенью французской ракеты Arian, запущенной намного раньше;
Французская ракета Arian. Источник — ESA
- 29 марта 2006 года российский спутник «Экспресс АМ11» столкнулся с космическим мусором. В результате столкновения, был разгерметизирована система терморегулирования, спутник, потерял ориентацию и начал неконтролируемое вращение.
- 10 февраля 2009 года российский спутник «Космос-2251», выведенный из эксплуатации в 1995 году, столкнулся с американским коммерческим спутником Iridium 33.
Столкновение Космос-2251 и Iridium 33. Источник — vermarushabh.blogspot.com
Для контроля мусора космическими агентствами ведутся соответствующие реестры, отслеживающие относительно крупные (от нескольких сантиметров) объекты. Так, например. основываясь на имеющихся данных, МКС несколько раз в год корректирует своё положение на орбите, дабы избежать столкновения.
Синдром Кесслера
Помимо угрозы физического уничтожения, космический мусор может являться причиной полной непригодности ближнего космоса для практического использования. Данную теорию описывает так называемый синдром Кесслера, описанный консультантом НАСА Дональдом Кесслером в 1978 году. Суть данной теории заключается в «эффекте домино». По мере увеличения количества объектов на орбите увеличивается и количество потенциальных источников мусора. Столкновение двух крупных объектов приведет к появлению большого количества новых, более мелких объектов. В свою очередь, каждый из них может столкнуться с другим объектом. Таким образом возникает «цепная реакция», ведущая к появлению всё новых и новых обломков. По итогу, при достаточно большом количестве столкновений, количество образовавшегося мусора на орбите сделает невозможным её использование.
Однако на низких орбитах взаимодействие с атмосферой постепенно уменьшает количество мусора, и это подводит нас к следующей угрозе.
Падение космического мусора на Землю
Объекты, находящиеся на низкой орбите, еще находятся под влиянием атмосферы земли и постепенно замедляются, в результате через какое-то время начинают снижаться и входить в более плотные слои атмосферы. Многие объекты сгорают в атмосфере, но есть и те, что достигают поверхности планеты. Так, по данным НАСА, почти ежегодно отдельные фрагменты космических аппаратов достигают поверхности Земли.
Кладбище космических кораблей
Точка Немо — это самая удаленная от суши место на Земле, также называемая океаническим полюсом недоступности. Полюс недоступности — это место, которое наиболее сложно достигнуть из-за её удалённости, обычно от береговой линии. Ближайшая суша находиться в 2688 километрах от Точки Немо, а ближайшим населенным местом периодически становится МКС, орбита которой проходит над этим местом. Низкое содержание питательных веществ (круговорот в южной части Тихого океана блокирует попадание питательных веществ в этот район) и удаленность от прибрежных вод делают это место практически безжизненным, поэтому Точка Немо — идеальное место для захоронения космических аппаратов. Периодически этот район называют кладбищем космических кораблей. Некоторые русскоязычные источники называют этот район закрытым для судоходства, но судя по отсутствию нормативных документов и регламента процедуры захоронения (о которой чуть ниже) данный запрет носит рекомендательный характер. Ответственность за движение судов в этом регионе разделяют Чили и Новая Зеландия. За несколько дней до спуска космического аппарата, космические агентства предупреждают службы этих стран, которые в свою очередь доносят соответствующие предупреждения избегать этот район до летчиков и капитанов морских судов.
Похороны космического аппарата
Как и при любой другой космической операции, захоронение космического аппарата требует соответствующей подготовки. После проведения необходимых расчетов и предупреждения местных властей, аппарат, достигнув необходимого местоположения, начинает торможение. Как упоминалось выше, небольшие и компактные спутники, как правило, не достигают поверхности земли и сгорают за счет трения. Поверхности воды же достигают различные тугоплавкие конструкции. Так, например, данный участок используется российским Центром управления полетов для утилизации космических беспилотных грузовиков серии «Прогресс». Кстати, в результате захоронения части космического аппарата могут разлетаться на большой площади. Так, например, останки станции «Мир», затопленной в 2001 году, разлетелись на участок протяженностью 3000 километров. Подобная особенность несколько раз становилась причиной ЧП. В 1979 году часть американской станции «Скайлэб» упала на территории Австралии, в 1991 году обломки станции «Салют-7» упали на территории Аргентины. Также в 1997 году недогоревшая часть ракеты упала на женщину в Оклахоме. К счастью, все эти случаи произошли без жертв. Сейчас, ежегодно на кладбище космических кораблей свой последний приют находят несколько десятков кораблей, которые находясь на орбите являются источником большей угрозы.
Орбита захоронения
Помимо наземного кладбища также существует орбита, на которую отправляют уже отработавшие космические аппараты для уменьшения вероятности столкновения с ещё работающими. Существует две официальных орбит захоронения: для космических аппаратов, располагавшихся на геостационарной орбите, и для аппаратов для военных разведывательных спутников с ядерной энергетической установкой.
Геостационарная орбита — это орбита, расположенная над экватором земли, находясь на которой, искусственный спутник имеет такую же угловую скорость, как и Земля, т.е. находится всегда над одним и тем же местом на Земле. Эта орбита используется для размещения коммуникационных, телетрансляционных спутников и находиться на высоте 35786 километров над уровнем моря. После отработки, спутник примерно на 200 км (для каждого спутника расстояние рассчитывается индивидуально).
Увеличение количества искусственных спутников Земли. Источник — Европейское космическое агентство.
Другая орбита захоронения находится на высоте от 600 до 1000 километров. На эту орбиту отправляют военные спутники с ядерной энергетической установкой. Ориентировочно, эти спутники будут находится на орбите порядка 2 тысяч лет, после чего гравитация Земли притянет их.
Пути решения
В целом, поиск путей решения этой проблемы ничем не отличается от решения проблемы творческого беспорядка у вас на столе, только масштаб у первой слегка побольше. Имеется два пути — создавать меньше мусора или убирать старый.
Снижение создаваемого мусора
Как говорится, «Чисто не там где убирают, а там где не мусорят!». Собственно, в этом и суть. К основным направлением снижения создаваемого мусора относят следующие меры:
- Снижение массы запускаемого аппарата:
Меньше масса — меньше потенциального мусора. Всё просто.
- Увеличение срока эксплуатации космических аппаратов:
Чем дольше будут работать спутники, тем меньше будет производиться полетов для их замены.
- Минимизация количества остающихся в космическом пространстве частей КА:
Утилизация отработавших частей и самого космического аппарата либо возвращение частей обратно на Землю.
Как видно, первые два пункта пересекаются с общими направлениями развития космонавтики. Последний пункт же вносит некоторые коррективы в построение ракет. Как грамотно организовать утилизацию отработавших частей? Одно из развивающихся направлений — использование материалов, позволяющих ракетам-носителям вывести аппарат на орбиту, а затем сгореть в атмосфере. Т.е. такой материал должен выдерживать все взлетные нагрузки, и при этом не должен быть супер тугоплавким, чтобы за счет трения сгореть в атмосфере. Звучит как некоторый парадокс. На данный момент таких материалов в ракетостроении нет.
Второй способ — это возвращение частей КА на Землю. Самый очевидные примеры — это многоразовые ступени SpaceX и программа Space Shuttle.
Утилизация уже имеющегося мусора
В отличие от проектируемых с замыслом утилизации аппаратов, мусор на орбите сам себя утилизировать не может. Все текущие проекты «по уборке» космического мусора находятся либо в разработке либо в виде идеи. Было озвучено множество идей, которые можно классифицировать следующим образом:
- Лазеры
Суть в том, что уничтожать мусор с помощью лазера. Что ж, звучит фантастично.
- Захват
Захват мусора с помощью сверхпрочной сети и отправка его в плотные слои атмосферы. К слову, в 2019 году британский аппарат RemoveDebris смог захватить фрагмент спутника.
- Воздушные шары
Крупный шар должен оборачивать мусор, при этом увеличивая их сопротивление и ускоряя процесс входа в плотные слои атмосферы.
- Буксир с солнечным парусом
Солнечный парус — это устройство, использующее давление света для приведения в движение космического аппарата. По задумке, такой аппарат будет цеплять мусор и уводить его с орбиты.
- Облако вольфрама
По задумке, облако вольфрама будет медленно опускаться к Земле, попутно замедляя мусор.
- Аппараты-самоубийцы
Такой аппарат должен должен буквально заталкивать опасные объекты в атмосферу, и при этом также сходить с орбиты.
- Орбитальные мусоровозы
Аппарат будет собирать мусор на орбите и перерабатывать его.
Российский сборщик космического мусора, перерабатывающий космический мусор в топливо. Источник — russianspacesystems.ru
Облачные серверы от Маклауд быстрые, безопасные и не генерируют космический мусор.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
Источник