Космический мусор - Space debris

Компьютерное изображение, показывающее расположение, но не относительные размеры космического мусора, видимого с высокой околоземной орбиты . Два основных поля космического мусора - это кольцо объектов на геостационарной околоземной орбите (GEO) и облако объектов на низкой околоземной орбите (LEO).

Часть серии о
Загрязнение
Загрязнение воздуха Кислотный дождь Индекс качества воздуха Моделирование атмосферной дисперсии Хлорфторуглерод Выхлопной газ Туман Внутренний воздух Двигатель внутреннего сгорания Глобальное затемнение Глобальная дистилляция Истощение озонового слоя Частицы Стойкий органический загрязнитель Смог Аэрозоль Сажа Летучие органические соединения
Биологическое загрязнение Биологическое загрязнение Генетическое загрязнение
Электромагнитное загрязнение Свет Экологическое световое загрязнение Чрезмерное освещение Загрязнение радиочастотного спектра
Естественное загрязнение Озон Радий и радон в окружающей среде Вулканический пепел Лесной пожар
Шумовое загрязнение Транспорт Земля Воды Воздух Железнодорожный Экологичный транспорт Городской Сонар Морские млекопитающие и гидролокатор Промышленные Военный Абстрактный Контроль шума
Радиационное загрязнение Актиниды Биоремедиация Продукт деления Радиоактивные осадки Плутоний Отравление Радиоактивность Уран Электромагнитное излучение и здоровье Радиоактивные отходы
Загрязнение почвы Загрязнение сельского хозяйства Гербициды Отходы навоза Пестициды Деградация земель Биоремедиация Дефекация Электрический резистивный нагрев Ориентировочные значения Фиторемедиация
Загрязнение твердыми отходами Биоразлагаемые отходы Коричневые отходы Электронные отходы Утилизация аккумуляторов Пищевые отходы Зеленые отходы Опасные отходы Биомедицинские отходы Химические отходы Строительный мусор Отравление свинцом Отравление ртутью Токсичные отходы Промышленные отходы Свинцовая плавка Мусор Добыча полезных ископаемых Добыча угля Золотодобыча Открытые горные работы Глубоководная добыча Отходы горнодобывающей промышленности Добыча урана Твердые бытовые отходы Мусор Наноматериалы Пластиковое загрязнение Микропластик Отходы упаковки Постпотребительские отходы Управление отходами Свалка Термическая обработка
Загрязнение космоса спутниковое
Тепловое загрязнение Городской остров тепла
Визуальное загрязнение Путешествие по воздуху Беспорядок (реклама) Знаки дорожного движения Воздушные линии электропередачи Вандализм
Загрязнение воды Сельскохозяйственные сточные воды Болезни Эвтрофикация Пожарная вода Пресная вода Грунтовые воды Гипоксия Промышленные сточные воды морской обломки Мониторинг Загрязнение из неточечных источников Загрязнение питательными веществами Закисление океана Разлив нефти Фармацевтические препараты Септики Сточные воды Септики Выгребная яма Перевозки Застой Серная вода Поверхностный сток Мутность Городской сток Качество воды
Разное Списки Заболевания, связанные с загрязнением Самые загрязненные города Категории По стране
Портал окружающей среды  Экологический портал
v т е

Космический мусор (также известный как космический мусор , космическое загрязнение , космические отходы , космический мусор или космический мусор ) - это несуществующие искусственные объекты в космосе, в основном на околоземной орбите, которые больше не выполняют полезной функции. К ним относятся заброшенные космические аппараты - нефункциональные космические аппараты и заброшенные ступени ракет-носителей - мусор, связанный с миссией, и особенно многочисленные на околоземной орбите, осколочные осколки от разрушения заброшенных корпусов ракет и космических аппаратов. В дополнение к брошенным искусственным объектам, оставленным на орбите, другие примеры космического мусора включают фрагменты от их распада, эрозии и столкновений или даже пятна краски, затвердевшие жидкости, выброшенные с космического корабля, и несгоревшие частицы из твердотопливных ракетных двигателей. Космический мусор представляет опасность для космических аппаратов.

Космический мусор, как правило, является негативным внешним эффектом - он создает внешние издержки для других в результате начальных действий по запуску или использованию космического корабля на околоземной орбите - стоимость, которая обычно не принимается во внимание и не учитывается полностью в стоимости ракеты-носителя. или владелец полезной нагрузки. Некоторые участники космической отрасли проводят измерения, смягчение последствий и возможное удаление мусора .

По состоянию на октябрь 2019 года Сеть космического наблюдения США сообщила о почти 20000 искусственных объектах на орбите над Землей, включая 2218 действующих спутников. Однако это всего лишь объекты, достаточно большие, чтобы их можно было отследить. По состоянию на январь 2019 года на орбите находилось более 128 миллионов обломков размером менее 1 см (0,4 дюйма), около 900 000 обломков размером 1–10 см и около 34 000 обломков размером более 10 см (3,9 дюйма). вокруг Земли. Когда мельчайшие объекты искусственного космического мусора (пятна краски, твердые частицы выхлопных газов ракет и т. Д.) Группируются с микрометеороидами , космические агентства иногда называют их вместе как MMOD (микрометеороид и орбитальный мусор). Столкновения с обломками стали опасностью для космических кораблей; мельчайшие объекты вызывают повреждение, подобное пескоструйной очистке , особенно солнечным панелям и оптике, такой как телескопы или звездные трекеры, которые не могут быть легко защищены баллистическим щитом .

На высоте менее 2000 км (1200 миль) над Землей обломки плотнее метеороидов ; большинство из них - это пыль от твердотопливных ракетных двигателей, обломки поверхностной эрозии, такие как хлопья краски, и замороженная охлаждающая жидкость от RORSAT (спутников с ядерной установкой). Для сравнения: Международная космическая станция движется по орбите в диапазоне 300–400 километров (190–250 миль), в то время как два последних крупных события с космическим мусором - испытание китайского противоспутникового оружия в 2007 году и столкновение спутников в 2009 году - произошли на расстоянии от 800 до 900 километров ( От 500 до 560 миль) над уровнем моря. У МКС есть защита Уиппла, чтобы противостоять урону от небольшого MMOD; однако известных обломков с вероятностью столкновения более 1/10 000 можно избежать путем маневрирования станции.

История

Космический мусор начал накапливаться на околоземной орбите сразу после первого запуска на орбиту искусственного спутника Спутник-1 в октябре 1957 года. Но даже до этого, помимо естественных выбросов с Земли, люди могли произвести выбросы, которые превратились в космический мусор, как в августе 1957 Паскаль Б тест . После запуска спутника Североамериканское командование воздушно-космической обороны (NORAD) начало составление базы данных ( Каталог космических объектов ) всех известных ракетных запусков и объектов, выходящих на орбиту: спутников, защитных щитов и разгонных блоков ракет-носителей . Позже НАСА опубликовало модифицированные версии базы данных в виде двухстрочного набора элементов , а с начала 1980-х годов система досок объявлений CelesTrak переиздала их.

Диаграмма Габбарда почти 300 обломков, образовавшихся в результате распада пятимесячной третьей ступени ракеты-носителя Chinese Long March 4 11 марта 2000 г.

Счетчики, которые питали базу данных, знали о других объектах на орбите, многие из которых возникли в результате взрывов на орбите. Некоторые из них были намеренно вызваны во время испытаний противоспутникового оружия (ASAT) в 1960 - х годах , а другие были результатом взрыва ступеней ракеты на орбите, когда оставшееся топливо расширилось и разорвало их баки. Чтобы улучшить отслеживание, сотрудник NORAD Джон Габбард вел отдельную базу данных. Изучая взрывы, Габбард разработал метод предсказания орбитальных траекторий своих продуктов, и диаграммы Габбарда (или графики) теперь широко используются. Эти исследования были использованы для улучшения моделирования эволюции и распада орбиты.

Когда в 1970-х годах база данных NORAD стала общедоступной, методы, разработанные для пояса астероидов, были применены для изучения базы данных известных искусственных спутниковых объектов Земли.

Камеры Бейкера-Нанна широко использовались для изучения космического мусора.

Помимо подходов к уменьшению количества космического мусора, когда время и естественные гравитационные / атмосферные эффекты помогают очистить космический мусор, или различных технологических подходов, которые были предложены (но большинство из них не реализованы) для уменьшения количества космического мусора, ряд ученых отметили, что институциональные Факторы - политические, правовые, экономические и культурные «правила игры» - являются самым большим препятствием на пути очистки околоземного космического пространства. К 2014 году коммерческий стимул к сокращению космического мусора практически отсутствовал, поскольку затраты на его устранение не возлагаются на организацию, производящую его, а ложатся на всех пользователей космической среды и полагаются на человеческое общество в целом, что приносит пользу. из космических технологий и знаний. Был внесен ряд предложений по совершенствованию институтов, чтобы усилить стимулы к сокращению космического мусора. К ним относятся правительственные мандаты по созданию стимулов, а также компании, которые видят экономическую выгоду в более агрессивном сокращении мусора по сравнению с существующими государственными стандартными методами. В 1979 году НАСА основало Программу по изучению орбитального мусора для исследования мер по смягчению воздействия космического мусора на околоземную орбиту.

Рост мусора

В течение 1980-х НАСА и другие группы США пытались ограничить рост обломков. Одно пробное решение было реализовано McDonnell Douglas для ракеты-носителя Delta, когда ракета-носитель отодвинулась от полезной нагрузки и выпустила все топливо, оставшееся в ее баках. Это устранило один источник повышения давления в баках, которое ранее вызывало их взрыв и образование дополнительных орбитальных обломков. Другие страны не спешили принимать эту меру, и, особенно из-за ряда запусков Советским Союзом , проблема нарастала на протяжении десятилетия.

Последовала новая серия исследований, когда НАСА, НОРАД и другие пытались лучше понять орбитальную среду, при этом каждое из них увеличивало количество обломков в зоне критической массы. Хотя в 1981 году (когда была опубликована статья Шефтера) количество объектов оценивалось в 5000, новые детекторы в наземной электрооптической системе наблюдения в глубоком космосе обнаружили новые объекты. К концу 1990-х считалось, что большая часть из 28 000 запущенных объектов уже распалась, а около 8 500 остались на орбите. К 2005 году это число увеличилось до 13 000 объектов, а исследование 2006 года увеличило их число до 19 000 в результате испытания ASAT и столкновения спутников. В 2011 году НАСА заявило, что отслеживаются 22 тысячи объектов.

Модель НАСА 2006 года предполагала, что, если не будет новых запусков, окружающая среда сохранит известную на тот момент популяцию примерно до 2055 года, когда она увеличится сама по себе. Ричард Кроутер из Британского агентства по оценке и исследованиям в области обороны заявил в 2002 году, что, по его мнению, каскад начнется примерно в 2015 году. Национальная академия наук, резюмируя профессиональную точку зрения, отметила широко распространенное согласие о том, что две полосы космоса на НОО - от 900 до 1000 км (620 миль). ) и 1500 км (930 миль) - уже прошли критическую плотность.

На Европейской авиакосмической конференции 2009 года исследователь Саутгемптонского университета Хью Льюис предсказал, что угроза космического мусора вырастет на 50 процентов в следующее десятилетие и в четыре раза в следующие 50 лет. По состоянию на 2009 год еженедельно отслеживалось более 13 000 закрытых звонков.

В отчете Национального исследовательского совета США за 2011 год НАСА предупредил, что количество космического мусора, находящегося на орбите, находится на критическом уровне. Согласно некоторым компьютерным моделям, количество космического мусора «достигло критической точки, и в настоящее время на орбите достаточно, чтобы постоянно сталкиваться и создавать еще больше мусора, повышая риск отказов космических аппаратов». В отчете содержится призыв к международным нормам, ограничивающим количество мусора, и исследованиям методов утилизации.

Объекты на околоземной орбите, включая осколочные осколки. Ноябрь 2020 НАСА: ODPO

История обломков в отдельные годы

• По состоянию на 2009 год Сеть космического наблюдения США отслеживала 19 000 обломков размером более 5 см (2 дюйма) .
• По оценкам, на июль 2013 года на орбите находится более 170 миллионов обломков размером менее 1 см (0,4 дюйма), около 670 000 обломков размером 1–10 см и примерно 29 000 более крупных обломков.
• По состоянию на июль 2016 года над Землей вращается около 18 000 искусственных объектов, в том числе 1419 действующих спутников.
• По состоянию на октябрь 2019 года около 20000 искусственных объектов на орбите над Землей, в том числе 2218 действующих спутников.

Характеристика

Размер

По оценкам, по состоянию на январь 2019 года насчитывалось более 128 миллионов обломков размером менее 1 см (0,39 дюйма). Примерно 900 000 кусков от 1 до 10 см. Текущее количество крупных обломков (размером 10 см и более) составляет 34 000. Граница технических измерений составляет c. 3 мм (0,12 дюйма). Более 98 процентов из 1900 тонн мусора на низкой околоземной орбите по состоянию на 2002 год приходилось на около 1500 объектов, каждый весом более 100 кг (220 фунтов). Общая масса в основном постоянна, несмотря на добавление множества более мелких объектов, поскольку они возвращаются в атмосферу раньше. В 2008 году было обнаружено «9000 обломков орбитального мусора» с оценочной массой 5 ​​500 т (12 100 000 фунтов).

Низкая околоземная орбита

На ближайших к Земле орбитах - с орбитальной высотой менее 2000 км (1200 миль) , называемой низкой околоземной орбитой (НОО) - традиционно было несколько «универсальных орбит», на которых несколько космических аппаратов находятся в определенных кольцах (в отличие от на GEO , единую орбиту, которая широко используется более чем 500 спутниками ). Ситуация начинает меняться в 2019 году, и несколько компаний приступили к развертыванию ранних этапов спутниковых интернет-группировок , которые будут иметь много универсальных орбит на НОО с 30-50 спутниками на орбитальную плоскость и высоту. Традиционно наиболее населенными орбитами на НОО были солнечно-синхронные спутники, которые сохраняли постоянный угол между Солнцем и плоскостью орбиты , что облегчало наблюдение Земли при постоянном угле Солнца и освещении. Солнечно-синхронные орбиты полярны , то есть пересекают полярные регионы. Спутники на низкой околоземной орбите вращаются во многих плоскостях, обычно до 15 раз в день, что приводит к частым сближениям между объектами. Плотность спутников - как активных, так и заброшенных - намного выше на НОО.

На орбиты влияют гравитационные возмущения (которые на НОО включают неравномерность гравитационного поля Земли из-за изменений плотности планеты), и столкновения могут происходить с любого направления. Столкновения между орбитальными спутниками могут происходить со скоростью до 16 км / с для теоретического лобового столкновения; скорость закрытия могла быть вдвое больше орбитальной скорости . 2009 спутник столкновение произошло на скорости закрытия 11,7 км / с (26 000 миль в час), создавая более 2000 крупных фрагментов мусора. Эти обломки пересекают многие другие орбиты и увеличивают риск столкновения с мусором.

Предполагается, что достаточно крупное столкновение космических кораблей может потенциально привести к каскадному эффекту или даже сделать некоторые конкретные низкие околоземные орбиты фактически непригодными для длительного использования орбитальными спутниками, явление, известное как синдром Кесслера . Предполагается, что теоретический эффект будет теоретической неуправляемой цепной реакцией столкновений, которые могут произойти, экспоненциально увеличивая количество и плотность космического мусора на низкой околоземной орбите, и предполагалось, что это произойдет за пределами некоторой критической плотности.

Космические миссии с экипажем в основном выполняются на высоте 400 км (250 миль) и ниже, где сопротивление воздуха помогает очистить зоны от осколков. Верхние слои атмосферы не является фиксированной плотности при какой - либо конкретной высоты орбиты; он изменяется в результате атмосферных приливов и расширяется или сужается в течение более длительных периодов времени в результате космической погоды . Эти более долгосрочные эффекты могут увеличивать лобовое сопротивление на малых высотах; расширение 1990-х годов было фактором снижения плотности мусора. Другой фактор - меньшее количество запусков из России; Советский Союз сделал большую часть своих запусков в 1970 - х и 1980 - х годах.

На больших высотах

На больших высотах, где сопротивление воздуха менее существенно, орбитальный распад занимает больше времени. Незначительное сопротивление атмосферы , лунные возмущения , возмущения силы тяжести Земли, солнечный ветер и давление солнечной радиации могут постепенно опускать обломки на более низкие высоты (где они распадаются), но на очень больших высотах это может занять тысячелетия. Хотя высотные орбиты используются реже, чем низкоорбитальные, и проблема возникает медленнее, цифры быстрее приближаются к критическому порогу.

Многие спутники связи находятся на геостационарных орбитах (GEO), группируются над конкретными целями и используют один и тот же орбитальный путь. Хотя скорости между объектами GEO невелики, когда спутник оказывается заброшенным (например, Telstar 401 ), он принимает геостационарную орбиту ; наклонение его орбиты увеличивается примерно на 0,8 °, а скорость увеличивается примерно на 160 км / ч (99 миль в час) в год. Пиковая скорость удара составляет около 1,5 км / с (0,93 миль / с). Возмущения орбиты вызывают долготный дрейф вышедшего из строя КА и прецессию плоскости орбиты. Близкие подходы (в пределах 50 метров) оцениваются как один в год. Обломки столкновения представляют меньший краткосрочный риск, чем столкновение на НОО, но спутник, скорее всего, выйдет из строя. Крупные объекты, такие как спутники , работающие на солнечной энергии , особенно уязвимы для столкновений.

Хотя сейчас МСЭ требует доказательств того, что спутник может быть перемещен со своего орбитального участка в конце срока его службы, исследования показывают, что этого недостаточно. Поскольку геостационарная орбита слишком удалена для точного измерения объектов ниже 1 м (3 фута 3 дюйма), природа проблемы не очень хорошо известна. Спутники можно перемещать в пустые места на геостационарной орбите, что требует меньшего маневрирования и упрощает прогнозирование будущего движения. Спутники или ускорители на других орбитах, особенно выброшенные на геостационарную переходную орбиту , вызывают дополнительную озабоченность из-за их обычно высокой скорости пересечения.

Несмотря на усилия по снижению риска, столкновения космических кораблей все же произошли. Европейское космическое агентство телекоммуникационного спутника Olympus-1 был поражен метеороидом 11 августа 1993 года , и в конце концов перешел на орбиту захоронения . 29 марта 2006 г. российский спутник связи « Экспресс-АМ11 » был сбит неизвестным объектом и вышел из строя; у его инженеров было достаточно времени для контакта со спутником, чтобы отправить его на орбиту кладбища.

Источники

Мертвый космический корабль

Ожидается, что Vanguard 1 останется на орбите в течение 240 лет.

В 1958 году Соединенные Штаты запустили " Авангард I" на среднюю околоземную орбиту (СОО). По состоянию на октябрь 2009 года он и верхняя ступень его ракеты-носителя были самыми старыми из уцелевших искусственных космических объектов, все еще находящихся на орбите. В каталоге известных запусков до июля 2009 года Союз обеспокоенных ученых перечислил 902 действующих спутника с известной популяцией из 19 000 крупных объектов и около 30 000 запущенных объектов.

Примером дополнительных обломков заброшенных спутников являются остатки советской спутниковой программы наблюдения РОРСАТ 1970-х / 80-х годов . Ядерные реакторы спутников БЭС-5 охлаждались охлаждающим контуром из натрий-калиевого сплава , что создавало потенциальную проблему, когда срок службы спутника истек. Хотя многие спутники были номинально выведены на средневысотные орбиты захоронения , не все были. Даже спутники, которые были должным образом переведены на более высокую орбиту, имели восьмипроцентную вероятность пробоя и выброса охлаждающей жидкости в течение 50-летнего периода. Охлаждающая жидкость замерзает в виде капель твердого натрий-калиевого сплава, образуя дополнительный мусор.

В феврале 2015 года во время полета 13 (DMSP-F13) программы оборонного метеорологического спутника ВВС США произошел взрыв на орбите, в результате чего образовалось не менее 149 обломков, которые, как ожидается, будут оставаться на орбите в течение десятилетий.

Спутники на орбите умышленно уничтожены . США и СССР / Россия провели более 30 и 27 испытаний противоспутниковой защиты соответственно, за ними следовали 10 из Китая и один из Индии . Самыми последними ASAT были китайские перехватчики FY-1C , испытания российского PL-19 Nudol , американские перехватчики USA-193 и индийские перехватчики неустановленных спутников в прямом эфире .

Утерянное оборудование

Дрейфующее тепловое одеяло, сделанное в 1998 году во время полета STS-88 .

Космический мусор включает в себя перчатку потерянного астронавта Эд Уайта на первом американское космическом блуждании (EVA), камера потеряла Майкл Коллинз возле Gemini 10 , в термоодеяло потерянного во время STS-88 , мешки для мусора отделяющихся советских космонавтов во время Мира «с 15 лет жизни, гаечный ключ и зубная щетка. Сунита Уильямс из STS-116 потеряла камеру во время выхода в открытый космос. Во время СТС-120 ЭВА для усиления разорванной панели солнечных батарей, пара плоскогубцев была потеряна, и в STS-126 ЭВА, Стефанишин-Пайпер потерял портфель размера мешка инструмента.

Бустеры

Отработанный разгонный блок ракеты Delta II , сфотографированный спутником XSS 10

Характеризуя проблему космического мусора, стало известно , что много мусора был из - за ракетные разгонные (например, инерционные разгонный ) , которые в конечном итог на орбите, и распадаются в результате разложения невентилируемого несгоревшего топлива. Однако в крупном известном событии столкновения был задействован (неповрежденный) ускоритель Ariane . Хотя НАСА и ВВС США теперь требуют пассивации верхней ступени, другие пусковые установки не требуют. Опустить этапы, как Космического Шаттла твердотопливных ракетных ускорителей или программ Apollo «s Сатурн IB ракеты - носители , не достигают орбиты.

11 марта 2000 года китайский разгонный блок CBERS-1 Long March 4 взорвался на орбите, образовав облако обломков. Российская ступень ускорителя « Бриз-М » взорвалась на орбите над Южной Австралией 19 февраля 2007 года. Запущенная 28 февраля 2006 года со спутником связи Arabsat-4A , она вышла из строя, прежде чем успела израсходовать топливо. Хотя взрыв был запечатлен на пленку астрономами, из-за траектории орбиты облако обломков было трудно измерить с помощью радара. К 21 февраля 2007 года было идентифицировано более 1000 фрагментов. Разрыв 14 февраля 2007 года был зафиксирован Celestrak. Восемь разрывов произошли в 2006 году, больше всего с 1993 года. Еще один «Бриз-М» распался 16 октября 2012 года после неудачного запуска « Протона-М » 6 августа . Количество и размер обломков неизвестны. Long 7 марта ракета - носитель создан огненный шар виден из частей Юта, Невада, Колорадо, Айдахо и Калифорнии вечером 27 июля 2016 года; его распад широко освещался в социальных сетях. В 2018–2019 годах распались три разных вторых этапа Atlas V Centaur .

Орбита 2020 SO

В декабре 2020 года ученые подтвердили, что ранее обнаруженный объект, сближающийся с Землей, 2020 SO , был космическим мусором ракеты-носителя, запущенной в 1966 году на орбите Земли и Солнца.

Оружие

Источником мусора в прошлом были испытания противоспутникового оружия (ASAT) США и Советским Союзом в 1960-х и 1970-х годах. Файлы Североамериканского командования воздушно-космической обороны (NORAD) содержали только данные советских испытаний, а обломки американских испытаний были обнаружены позже. К тому времени, когда проблема мусора была осознана, широкомасштабные испытания ASAT закончились; Программа США 437 была закрыта в 1975 году.

США возобновили свои программы противоспутниковой защиты в 1980-х, выпустив противоспутниковую систему Vought ASM-135 . Испытания 1985 года уничтожили спутник массой 1 тонну (2200 фунтов), движущийся по орбите на высоте 525 км (326 миль), создав тысячи обломков размером более 1 см (0,39 дюйма). Из-за высоты атмосферное сопротивление разрушило орбиту большинства обломков в течение десятилетия. За испытанием последовал фактический мораторий.

Известные орбитальные самолеты обломков Fengyun -1C через месяц после разрушения метеорологического спутника китайской ASAT

Правительство Китая было осуждено за военные последствия и количество обломков в результате испытания противоспутниковой ракеты 2007 года , крупнейшего единичного инцидента с космическим мусором в истории (образовалось более 2300 кусков мячей для гольфа размером или больше, более 35000 1 см (0,4 дюйма)). или больше, и один миллион штук размером 1 мм (0,04 дюйма) или больше). Спутник-мишень находился на орбите от 850 км (530 миль) до 882 км (548 миль), части околоземного космического пространства, наиболее густо населенной спутниками. Поскольку сопротивление атмосферы на этой высоте невелико, обломки медленно возвращаются на Землю, и в июне 2007 года космический корабль НАСА Terra совершил маневр, чтобы избежать столкновения с обломками. Д-р Брайан Виден, офицер ВВС США и сотрудник Фонда «Безопасный мир», отметил, что в результате взрыва китайского спутника в 2007 году на орбите образовалось более 3000 отдельных объектов, которые затем требовали отслеживания. 20 февраля 2008 года США запустили ракету SM-3 с американского военного корабля США « Лейк Эри», чтобы уничтожить неисправный американский спутник-шпион, на борту которого, предположительно, находилось 450 кг (1000 фунтов) токсичного гидразинового топлива. Событие произошло на расстоянии около 250 км (155 миль), а перигей образовавшихся обломков составляет 250 км (155 миль) или ниже. Ракета была нацелена на минимизацию количества обломков, которые (по словам начальника стратегического командования Пентагона Кевина Чилтона) разрушились к началу 2009 года. 27 марта 2019 года премьер-министр Индии Нарендра Моди объявил, что Индия сбила один из своих собственных спутников LEO с помощью ракета наземного базирования. Он заявил, что операция в рамках миссии «Шакти» будет защищать интересы страны в космосе. Впоследствии космическое командование ВВС США объявило, что отслеживает 270 новых обломков, но ожидало, что их число будет расти по мере продолжения сбора данных.

Уязвимость спутников для обломков и возможность атаковать спутники LEO с целью создания облаков обломков вызвали предположения о том, что страны не могут совершить высокоточную атаку. Атака на спутник массой 10 т (22 000 фунтов) или более нанесет серьезный ущерб окружающей среде на НОО.

Опасности

Микрометеоритом покинул этот кратер на поверхности космического челнока Challenger переднего окна «s на STS-7 .

На космический корабль

Космический мусор может представлять опасность для активных спутников и космических кораблей. Было высказано предположение, что орбита Земли может даже стать непроходимой, если риск столкновения станет слишком высоким.

Однако, поскольку риск для космических аппаратов увеличивается со временем воздействия высокой плотности космического мусора, точнее будет сказать, что орбитальные аппараты не смогут использовать НОО . Угроза для аппаратов, проходящих через НОО для достижения более высокой орбиты, будет намного ниже из-за очень короткого промежутка времени перехода.

Беспилотный космический корабль

Хотя космические корабли обычно защищены щитами Уиппла , солнечные панели, которые подвергаются воздействию Солнца, изнашиваются от ударов малой массы. Даже небольшие удары могут вызвать образование облака плазмы, которое представляет электрический риск для панелей.

Считается, что спутники были уничтожены микрометеоритами и (малым) орбитальным мусором (MMOD). Самой ранней предполагаемой потерей был "Космос 1275", который исчез 24 июля 1981 г. (через месяц после запуска). Космос не содержал летучего топлива, поэтому внутри спутника не было ничего, что могло бы вызвать разрушительный взрыв, который произошел. Однако этот случай не был доказан, и была выдвинута еще одна гипотеза о том, что батарея взорвалась. Отслеживание показало, что он распался на 300 новых объектов.

С тех пор было подтверждено множество ударов. Например, 24 июля 1996 года французский микроспутник Cerise был поражен осколками разгонного блока Ariane-1 H-10, который взорвался в ноябре 1986 года. 29 марта 2006 года российский спутник связи Ekspress AM11 был поражен неизвестным объект и выведен из строя. 13 октября 2009 года на Терре произошла аномалия отказа одного элемента батареи и аномалия управления нагревателем батареи, которые впоследствии были сочтены вероятными в результате удара MMOD. 12 марта 2010 года Aura отключила питание половины одной из своих 11 солнечных панелей, и это также было связано с забастовкой MMOD. 22 мая 2013 года GOES-13 был поражен MMOD, из-за которого он потерял из виду звезды, которые он использовал для поддержания боевой готовности. Корабль вернулся в строй почти через месяц.

Первый крупный спутник столкновение произошло 10 февраля 2009. 950 кг (2090 фунтов) оставленным спутника Космос-2251 и эксплуатационные 560 кг (1230 фунтов) Иридий 33 столкнулся, 500 миль (800 км) над северной Сибири. Относительная скорость удара составила около 11,7 км / с (7,3 миль / с) или около 42 120 км / ч (26 170 миль / ч). Оба спутника были уничтожены, в результате чего образовались тысячи новых обломков меньшего размера, а вопросы юридической и политической ответственности остались нерешенными даже спустя годы. 22 января 2013 года российский спутник лазерной локации BLITS был поражен обломками, предположительно полученными при испытании китайской противоспутниковой ракеты в 2007 году , что изменило как его орбиту, так и скорость вращения.

Спутники иногда выполняют маневры для предотвращения столкновений, а операторы спутников могут отслеживать космический мусор в рамках планирования маневров. Например, в январе 2017 года Европейское космическое агентство приняло решение изменить орбиту одного из трех своих космических кораблей Swarm на основе данных Объединенного центра космических операций США , чтобы снизить риск столкновения с космическим кораблем " Космос-375". Русский спутник.

Пилотируемый космический корабль

Полеты с экипажем, естественно, особенно чувствительны к опасностям, которые могут быть представлены соединением космического мусора на орбитальной траектории космического корабля. Примеры случайных маневров уклонения или длительного износа космического мусора имели место в миссиях космических шаттлов, космической станции МИР и Международной космической станции.

Миссии космического шаттла

Нижнее правое крыло космического корабля " Дискавери " и плитки системы термозащиты, сфотографированные на STS-114 во время маневра по тангажу с R-образной штангой, когда астронавты исследуют TPS на предмет каких-либо повреждений во время всплытия.

Начиная с первых миссий космического шаттла , НАСА использовало возможности космического мониторинга NORAD для оценки орбитального пути шаттла на предмет обломков. В 1980-х годах здесь использовалась значительная часть мощностей NORAD. Первый маневр по предотвращению столкновений произошел во время STS-48 в сентябре 1991 года, семисекундный запуск двигателя был направлен на то, чтобы избежать обломков заброшенного спутника Kosmos 955 . Подобные маневры были начаты в миссиях 53, 72 и 82.

Одно из первых событий, посвященных проблеме обломков, произошло во время второго полета космического корабля " Челленджер ", STS-7 . Пятно краски попало в его переднее окно, образовав яму шириной более 1 мм (0,04 дюйма). На STS-59 в 1994 году переднее окно Endeavour было изъято примерно на половину его глубины. С 1998 г. количество незначительных ударов обломков увеличилось.

Выкрашивание окон и незначительные повреждения плиток системы теплозащиты (TPS) уже были обычным явлением к 1990-м годам. Позже "Шаттл" летел хвостом вперед, чтобы взять на себя большую часть обломков двигателей и заднего грузового отсека, которые не используются на орбите или во время спуска и, следовательно, менее важны для операций после запуска. При полете, прикрепленном к МКС , два связанных космических корабля переворачивались, так что более бронированная станция защищала орбитальный аппарат.

Space Shuttle Endeavour сильно повлиял на его радиатор во время полета STS-118 . Входное отверстие составляет около 5,5 мм (0,22 дюйма), а выходное отверстие вдвое больше.

Исследование НАСА 2005 года пришло к выводу, что обломки составляют примерно половину общего риска для Шаттла. Если катастрофический удар был более вероятен, чем 1 из 200, необходимо было принять решение на уровне руководства. При обычном (низкоорбитальном) полете на МКС риск составлял примерно 1 из 300, но миссия по ремонту телескопа Хаббла выполнялась на более высокой орбите. высота 560 км (350 миль), где риск был первоначально рассчитан как 1 к 185 (частично из-за столкновения спутников в 2009 году ). Повторный анализ с улучшенным количеством обломков снизил предполагаемый риск до 1 из 221, и миссия была продолжена.

Инциденты с обломками продолжались и в более поздних миссиях Shuttle. Во время STS-115 в 2006 году фрагмент печатной платы надоедает небольшое отверстие через радиатор панелей в Атлантис " грузовой отсек с. На STS-118 в 2007 году мусора взорвали пули , как отверстие через Индевор " с панели радиатора.

Мир

На советской космической станции " Мир" был заметен ударный износ , поскольку она долгое время находилась в космосе с оригинальными солнечными модулями.

Удары обломков солнечных батарей " Мира " ухудшили их работу. Повреждение наиболее заметно на панели справа, которая обращена к камере с высокой степенью контрастности. Обширное повреждение меньшей панели внизу вызвано столкновением с космическим кораблем "Прогресс".

Международная космическая станция

На МКС также используется экранирование Уиппла, чтобы защитить его внутреннюю часть от мелкого мусора. Однако внешние части (особенно солнечные батареи ) не могут быть легко защищены. В 1989 году прогнозировалось, что панели МКС разложатся примерно на 0,23% за четыре года из-за «пескоструйного» эффекта от ударов небольшого орбитального мусора. Маневр уклонения обычно выполняется для МКС, если «вероятность столкновения с обломками составляет более 1 из 10 000». По состоянию на январь 2014 года за пятнадцать лет нахождения МКС на орбите было выполнено шестнадцать маневров. К 2019 году на МКС было зарегистрировано более 1400 ударов метеороидов и орбитального мусора (MMOD).

В качестве еще одного метода снижения риска для людей, находящихся на борту, оперативное руководство МКС трижды просило экипаж укрыться на корабле « Союз» из-за поздних предупреждений о приближении космического мусора. В дополнение к шестнадцати пускам двигателей и трем заказам на укрытие капсул «Союз», одна попытка маневра не была завершена из-за отсутствия предупреждения за несколько дней, необходимого для загрузки временной шкалы маневра в компьютер станции. Событие в марте 2009 года было связано с обломками, предположительно, 10-сантиметровым (3,9 дюйма) фрагментом спутника Kosmos 1275. В 2013 году руководство эксплуатации МКС не предприняло никаких маневров, чтобы избежать попадания мусора, после того, как в прошлом году совершило рекордные четыре маневра с мусором.

Синдром Кесслера

Синдром Кесслера, предложенный ученым НАСА Дональдом Дж. Кесслером в 1978 году, представляет собой теоретический сценарий, в котором плотность объектов на низкой околоземной орбите (НОО) достаточно высока, чтобы столкновения между объектами могли вызвать каскадный эффект, при котором каждое столкновение порождает космический мусор. что увеличивает вероятность дальнейших столкновений. Он также предположил, что одно из возможных последствий, если это произойдет, состоит в том, что распространение космического мусора на орбите может сделать космическую деятельность и использование спутников в определенных орбитальных диапазонах экономически непрактичным для многих поколений.

Рост числа объектов в результате исследований конца 1990-х годов вызвал споры в космическом сообществе о природе проблемы и ранее сделанных мрачных предупреждениях. Согласно выводам Кесслера 1991 г. и обновлениям 2001 г., среда на НОО в диапазоне высот 1000 км (620 миль) должна быть каскадной. Однако произошло только одно крупное столкновение спутников: столкновение спутников Иридиум 33 и Космос 2251 в 2009 году. Отсутствие очевидного краткосрочного каскадирования привело к предположению, что первоначальные оценки преувеличивали проблему. Однако, по словам Кесслера в 2010 году, каскад может быть не очевиден до тех пор, пока он не будет хорошо развит, что может занять годы.

На земле

Официальные лица Саудовской Аравии осматривают разбившийся модуль PAM-D в январе 2001 года.

Хотя большая часть мусора сгорает в атмосфере, более крупные объекты мусора могут достигать земли в целости и сохранности. По данным НАСА, в среднем один занесенный в каталог обломок падает на Землю каждый день в течение последних 50 лет. Несмотря на их размер, обломки не причинили значительного ущерба имуществу. Сгорание в атмосфере также может способствовать загрязнению атмосферы.

Известные примеры падения космического мусора на Землю и воздействия на человеческую жизнь включают:

• 1969 год: пять моряков на японском корабле были ранены, когда космический мусор предположительно советского космического корабля упал на палубу их лодки.
• 1978 Советский разведывательный спутник " Космос 954" повторно вошел в атмосферу над северо-западом Канады и разбросал радиоактивные обломки над северной Канадой, часть обломков приземлилась в Большом Невольничьем озере.
• В 1979 году части Skylab упали над Австралией, а несколько частей приземлились в районе Шира Эсперанс, что наложило на НАСА штраф в 400 долларов за мусор.
• 1987 г. 7-футовая металлическая полоса от советской ракеты «Космос 1890 » приземлилась между двумя домами в Лейкпорте, Калифорния, не причинив никакого ущерба;
• 1997: Гражданка Оклахома, Лотти Уильямс, был ранен, без травм в плечо 10 см × 13 см (3,9 дюйма × 5,1 дюйма) кусок почерневшего, тканого металлического материала подтверждена как часть метательного бачке Delta II ракеты которая запустила за год до этого спутник ВВС США.
• 2001: Разгонный блок ракеты Star 48 Payload Assist Module (PAM-D) снова вошел в атмосферу после "катастрофического орбитального распада", разбившись в пустыне Саудовской Аравии. Он был идентифицирован как разгонный блок для NAVSTAR 32 , спутника GPS, запущенного в 1993 году.
• 2002: 6-летний мальчик Ву Цзе стал первым человеком, получившим травму в результате прямого удара космического мусора. Он получил перелом пальца ноги и опухоль на лбу после того, как кусок алюминия размером 80 на 50 сантиметров и весом 10 килограммов от внешней оболочки второго спутника ресурсов ударил его, когда он сидел под деревом хурмы в китайской провинции Шэньси. .
• 2003: Катастрофа в Колумбии , большие части космического корабля достигли земли, а все системы оборудования остались нетронутыми. Более 83000 частей вместе с останками шести астронавтов были обнаружены в районе от трех до 10 миль вокруг Хемпхилла в округе Сабин, штат Техас. Другие части были найдены на линии от западного Техаса до восточной Луизианы, причем самая западная часть была найдена в Литтлфилде, штат Техас, а самая восточная - к юго-западу от Моры, штат Луизиана. Обломки были обнаружены в Техасе, Арканзасе и Луизиане. В редком случае материального ущерба металлический кронштейн длиной в фут врезался в крышу стоматологического кабинета. НАСА предупредило общественность избегать контакта с обломками из-за возможного присутствия опасных химикатов. Спустя 15 лет после сбоя люди по-прежнему рассылали по частям, самые свежие, по состоянию на февраль 2018 года, были обнаружены весной 2017 года.
• 2007 год: обломки российского спутника-шпиона были замечены пилотом самолета Airbus A340 LAN Airlines, на борту которого находилось 270 пассажиров, во время полета над Тихим океаном между Сантьяго и Оклендом . Сообщалось, что обломки были в пределах 9,3 км (5 миль) от самолета.
• 2020: Пустая активная ступень ракеты Long March-5B совершила неконтролируемый повторный вход в атмосферу - самый крупный объект для этого со времен советской 39-тонной космической станции Салют-7 в 1991 году - над Африкой и Атлантическим океаном, а также над Африкой и Атлантическим океаном. метровая труба, исходящая от ракеты, врезалась в деревню Махуну в Кот-д'Ивуаре.
• 2021 год: 25 марта вторая ступень Falcon 9 совершила неконтролируемый повторный вход в атмосферу над штатом Вашингтон, создав широко известное «световое шоу». Обернутый композитом сосуд высокого давления пережил повторный вход и приземлился на поле фермы.

Отслеживание и измерение

Отслеживание с земли

Радары и оптические детекторы, такие как лидар, являются основными инструментами для отслеживания космического мусора. Хотя объекты размером менее 10 см (4 дюйма) имеют пониженную орбитальную стабильность, можно отслеживать обломки размером до 1 см, однако определение орбит, позволяющих выполнить повторное обнаружение, затруднительно. Большинство обломков остаются незамеченными. Мусору обсерватории НАСА Орбитальный отслеживаются космического мусора с 3 м (10 футов) жидкого зеркала транзитного телескопа . FM-радиоволны могут обнаруживать обломки после отражения от них на приемник. Оптическое слежение может быть полезной системой раннего предупреждения на космических кораблях.

Стратегическое командование США держит каталог известных орбитальных объектов, с помощью наземных радаров и телескопов и космического базирования телескопа (изначально отличать от враждебных ракет). В издании 2009 года было перечислено около 19 000 объектов. Другие данные поступают с телескопа космического мусора ЕКА , TIRA , радаров Goldstone , Haystack и EISCAT и радара с фазированной решеткой Cobra Dane , которые будут использоваться в моделях среды космического мусора, таких как ESA Meteoroid и Space Debris Terrestrial Environment Reference (MASTER).

Измерение в космосе

Установка для длительного экспонирования (LDEF) - важный источник информации о космическом мусоре, состоящем из мелких частиц.

Возвращенное космическое оборудование является ценным источником информации о направленном распределении и составе (субмиллиметрового) потока космического мусора. LDEF спутника развернуты миссии STS-41-C Challenger и извлекается STS-32 Колумбии провел 68 месяцев на орбите , чтобы собрать данные мусора. ЭВРИКА спутник, развернутый STS-46 Атлантиды в 1992 году и восстановлено с помощью STS-57 Endeavor в 1993 году, был также использован для мусора исследования.

В солнечные батареи из Хаббл были возвращены миссии STS-61 Endeavor и STS-109 Колумбия , и ударные кратеры , изученные ESA для проверки своих моделей. Также были изучены материалы, возвращенные с «Мира», в частности, полезная нагрузка « Мир» (которая также проверяла материалы, предназначенные для МКС).

Диаграммы Габбарда

Облако космического мусора, образовавшееся в результате одного события, изучается с помощью диаграмм рассеяния, известных как диаграммы Габбарда, на которых перигей и апогей фрагментов нанесены на график относительно их орбитального периода . Диаграммы Габбарда раннего облака обломков до воздействия возмущений, если данные были доступны, реконструируются. Они часто включают данные о недавно обнаруженных, еще не каталогизированных фрагментах. Диаграммы Габбарда могут дать важную информацию об особенностях фрагментации, направлении и точке удара.

Работа с мусором

В среднем примерно один отслеживаемый объект в день выпадал с орбиты в течение последних 50 лет, в среднем почти три объекта в день в период солнечного максимума (из-за нагрева и расширения атмосферы Земли), но один примерно каждые три дня в солнечный минимум , обычно спустя пять с половиной лет. В дополнение к естественным атмосферным воздействиям корпорации, ученые и правительственные учреждения предложили планы и технологии для борьбы с космическим мусором, но по состоянию на ноябрь 2014 года большинство из них являются теоретическими, и бизнес-план по уменьшению количества мусора отсутствует.

Ряд ученых также отметили, что институциональные факторы - политические, правовые, экономические и культурные «правила игры» - являются самым большим препятствием на пути к очистке околоземного космического пространства. Коммерческого стимула нет, поскольку затраты не возлагаются на загрязнителей , но был внесен ряд предложений. Однако на сегодняшний день эффекты ограничены. В США правительственные органы обвиняются в отступлении от ранее взятых обязательств по ограничению роста космического мусора, «не говоря уже о решении более сложных проблем удаления орбитального мусора». Различные методы удаления космического мусора были оценены Консультативным советом космического поколения , в том числе французским астрофизиком Фатуматой Кебе .

Снижение роста

Пространственная плотность космического мусора на НОО по высоте, согласно отчету НАСА, предоставленному Управлению ООН по вопросам космического пространства за 2011 год.

Пространственная плотность космического мусора по высоте по данным ESA MASTER-2001, без учета космического мусора от китайских ASAT и столкновений 2009 г.

Начиная с 2010-х годов, обычно используется несколько технических подходов к уменьшению роста космического мусора, однако не существует всеобъемлющего правового режима или структуры распределения затрат для уменьшения космического мусора таким образом, чтобы загрязнение земли сократилось с середины 20-го века. век.

Чтобы избежать чрезмерного образования искусственного космического мусора, многие - но не все - спутники, запущенные на околоземную орбиту, сначала запускаются на эллиптические орбиты с перигеями внутри земной атмосферы, поэтому орбита будет быстро разрушаться, а затем спутники сами уничтожат себя. возвращение в атмосферу. Другие методы используются для космических аппаратов на более высоких орбитах. К ним относятся пассивация космического корабля по окончании срока его службы; а также использование верхних ступеней, которые могут повторно зажигаться для замедления ступени с целью преднамеренного спуска с орбиты, часто на первой или второй орбите после высвобождения полезной нагрузки; спутники, которые могут, если они будут оставаться здоровыми в течение многих лет, сойти с более низких орбит вокруг Земли. Другие спутники (например, многие спутники CubeSat) на низких орбитах ниже орбитальной высоты примерно 400 км (250 миль) зависят от энергопоглощающего эффекта верхних слоев атмосферы для надежного ухода космического корабля с орбиты в течение недель или месяцев.

Все чаще отработанные верхние ступени на более высоких орбитах - орбитах, для которых отклонение с орбиты с низким дельта-v невозможен или не запланировано - и архитектуры, поддерживающие пассивацию спутников, в конце срока службы пассивируются в конце срока службы. Это удаляет всю внутреннюю энергию, содержащуюся в транспортном средстве в конце его миссии или полезного срока службы. Хотя при этом не удаляются обломки уже заброшенной ракетной ступени или самого спутника, она существенно снижает вероятность разрушения космического корабля и создания множества более мелких фрагментов космического мусора - явление, которое было обычным для многих ранних поколений США и США. Советский космический корабль.

Пассивирование верхних ступеней (например, ускорителей Delta ) путем выпуска остаточного топлива снижает количество обломков от орбитальных взрывов; однако даже в 2011 году не все верхние ступени реализуют эту практику. SpaceX использовала термин «пропульсивная пассивация» для заключительного маневра своей шестичасовой демонстрационной миссии ( STP-2 ) второй ступени Falcon 9 для ВВС США в 2019 году, но не определила, что включает в себя этот термин.

В соответствии с политикой выдачи лицензий на запуск по околоземной орбите по принципу «один-на-один-нет», ракеты-носители будут сближаться с заброшенным спутником, захватывать его и сходить с орбиты с орбиты примерно с одной и той же орбитальной плоскости. Другая возможность - роботизированная дозаправка спутников. НАСА проводит эксперименты, и SpaceX разрабатывает крупномасштабную технологию передачи топлива на орбиту.

Другой подход к уменьшению образования космического мусора состоит в том, чтобы четко спроектировать архитектуру миссии так, чтобы вторая ступень ракеты всегда оставалась на эллиптической геоцентрической орбите с низким перигеем , таким образом обеспечивая быстрое затухание орбиты и избегая долговременного орбитального мусора от отработавших корпусов ракет. Такие миссии часто завершают размещение полезной нагрузки на конечной орбите за счет использования электрической тяги малой тяги или использования ступени с малым толчком для округления орбиты. Сама пусковая ступень может быть спроектирована так, чтобы обеспечивать возможность самоудаления с избытком топлива.

Самоудаление

Несмотря на то, что МСЭ требует, чтобы геостационарные спутники в конце своего жизненного цикла переместились на кладбищенскую орбиту, выбранные орбитальные области недостаточно защищают полосы движения на геостационарной орбите от мусора. Ракетные ступени (или спутники) с достаточным количеством топлива могут совершить прямой управляемый спуск с орбиты, или, если для этого потребуется слишком много топлива, спутник может быть выведен на орбиту, где атмосферное сопротивление заставит его в конечном итоге сходить с орбиты. Это было сделано с помощью французского спутника Spot-1 , который сократил время его возвращения в атмосферу с прогнозируемых 200 лет до примерно 15 за счет снижения его высоты с 830 км (516 миль) до примерно 550 км (342 миль).

В созвездии Iridium спутники -95 связи запускаемые в течение пятилетнего периода между 1997 и 2002-представляет собой набор точек данных о границах самоустранения. Спутниковый оператор - Iridium Communications - продолжал работать (хотя и с изменением названия компании в результате корпоративного банкротства в течение периода) в течение двух десятилетий жизни спутников и к декабрю 2019 года «завершил утилизацию последних из 65 работающих спутников». устаревшие спутники ". Однако в результате этого процесса почти треть массы этой группировки (30 спутников, 20 400 кг (45 000 фунтов) материальных средств) осталась на орбитах НОО на высоте примерно 700 км (430 миль), где самораспад происходит довольно медленно. 29 из этих спутников просто вышли из строя во время нахождения на орбите и, таким образом, не смогли самостоятельно сойти с орбиты, в то время как один - Иридиум 33 - был вовлечен в столкновение спутника в 2009 году с заброшенным российским военным спутником Космос-2251 . Никакого положения «Плана Б» не предусматривалось для удаления спутников, которые не могли удалить сами себя. Однако в 2019 году генеральный директор Iridium Мэтт Деш сказал, что Iridium была бы готова заплатить компании, занимающейся активным удалением мусора, за снятие с орбиты своих оставшихся спутников первого поколения, если бы это было возможно, по достаточно низкой цене, скажем, « 10 000 долларов США за спуск, но [он] признал, что цена, вероятно, будет намного ниже той, которую реально может предложить компания по вывозу мусора. «Вы знаете, в какой момент [это] нетрудно, но [я] ожидаю, что стоимость действительно исчисляется миллионами или десятками миллионов, по какой цене, я знаю, это бессмысленно " "

Предложены пассивные методы увеличения скорости орбитального распада космического мусора. Вместо ракет к космическому кораблю при запуске можно было прикрепить электродинамический трос ; в конце срока службы трос будет развернут, чтобы замедлить космический корабль. Другие предложения включают в себя ступень-ускоритель с навесным устройством в виде паруса и большой тонкий надувной воздушный шар.

Внешнее удаление

Было предложено, изучено или построено множество подходов к наземным подсистемам для использования других космических аппаратов для удаления существующего космического мусора. Консенсус выступавших на встрече в Брюсселе в октябре 2012 года, организованной Фондом безопасного мира (аналитическим центром США) и Французским институтом международных отношений, сообщил, что потребуется удаление самых крупных обломков, чтобы предотвратить риск того, что космический корабль станет неприемлемым. в обозримом будущем (без пополнения инвентаря погибших космических кораблей на НОО). На сегодняшний день в 2019 году расходы на удаление и юридические вопросы, касающиеся владения и полномочий на удаление неработающих спутников, препятствовали действиям на национальном и международном уровнях. Текущее космическое право сохраняет право собственности на все спутники с их первоначальными операторами, даже на обломки или космические корабли, которые не работают или угрожают активным миссиям.

Более того, по состоянию на 2006 год стоимость любого из предложенных подходов к удалению извне была примерно такой же, как при запуске космического корабля, и, по словам Николаса Джонсона из НАСА, не рентабельна.

Ситуация начала меняться в конце 2010-х годов, когда некоторые компании планировали приступить к удалению внешних спутников на своих спутниках на средних околоземных орбитах. Например, OneWeb планировала использовать бортовое самоудаление в качестве «плана А» для спуска спутника с орбиты в конце срока службы, но если спутник не сможет самоустраниться в течение одного года после окончания срока службы, OneWeb будет реализовывать «план Б» и отправить многоразовый (мульти-транспортный) космический буксир для присоединения к спутнику на уже встроенной цели захвата через приспособление для захвата, для буксировки на более низкую орбиту и выпуска для повторного входа в атмосферу.

Дистанционно управляемые автомобили

Хорошо изученное решение использует дистанционно управляемое транспортное средство для встречи, захвата и возврата обломков на центральную станцию. Одной из таких систем является Space Infrastructure Servicing , коммерчески разработанная база для дозаправки и обслуживания космических аппаратов для спутников связи на геостационарной орбите, запуск которых первоначально запланирован на 2015 год. SIS сможет «вытолкнуть мертвые спутники на орбиты кладбища». Advanced Common Evolved Stage Семейства верхних ступеней проектируются с высоким остаточному-вытеснителем краем (для захвата оставленных и с орбитой) и в пространстве заправочных возможности для высокого дельта-V требуется для схода с орбитой объектов тяжелых с геостационарной орбиты . Был исследован спутник, похожий на буксир, который перетаскивает обломки на безопасную высоту и сжигает их в атмосфере. Когда обломки обнаруживаются, спутник создает разницу потенциалов между обломками и самим собой, а затем, используя свои двигатели, перемещает себя и обломки на более безопасную орбиту.

Разновидность этого подхода состоит в том, что дистанционно управляемый аппарат сближается с обломками, временно захватывает их, чтобы присоединить меньший спутник, сбегающий с орбиты, и перетащить обломки на привязи в желаемое место. Затем "материнский корабль" буксирует комбинацию космического мусора и малого спутника для входа в атмосферу или перемещает ее на орбиту захоронения. Одной из таких систем является предлагаемый Busek ORbital DEbris Remover (ORDER) , который будет нести более 40 спутников SUL (спутник на шлангокабеле) с орбиты, а также топливо, достаточное для их удаления.

Cleanspace One

7 2010 Star января, Inc. сообщила , что она получила контракт от пространства и Naval Warfare Systems Command для технико - экономического обоснования электродинамического мусора Eliminator (Edde) propellantless космического аппарата для удаления космического мусора. В феврале 2012 года Швейцарский космический центр при Федеральной политехнической школе Лозанны объявил о проекте Clean Space One, демонстрационном проекте наноспутника для согласования орбиты с неработающим швейцарским наноспутником, его захвата и спуска с орбиты вместе. Миссия претерпела несколько эволюций, чтобы создать модель захвата, вдохновленную пакменом. В 2013 году изучалась космическая подметальная машина с Sling-Sat (4S), спутником-захватом, который улавливает и выбрасывает обломки.

В декабре 2019 года Европейское космическое агентство заключило первый контракт на очистку космического мусора. Миссия за 120 миллионов евро, получившая название ClearSpace-1 (побочный продукт проекта EPFL), намечена к запуску в 2025 году. Она направлена ​​на удаление 100-килограммового адаптера вспомогательной полезной нагрузки VEga (Vespa), оставленного рейсом Vega VV02, на расстоянии 800 км (500 миль). ) на орбите в 2013 году. «Преследователь» схватит мусор четырьмя роботизированными руками и утащит его в атмосферу Земли, где оба сгорят.

Лазерные методы

Лазерная метла использует наземный лазер для прижигания передней части мусора, производить ракеты-как тяги , который замедляет объект. При продолжении применения обломки упадут достаточно, чтобы на них повлияло сопротивление атмосферы. В конце 1990-х годов проект «Орион» ВВС США представлял собой лазерную метлу. Хотя в 2003 году планировалось запустить испытательный стенд на космическом корабле "Шаттл", международные соглашения, запрещающие испытания мощного лазера на орбите, ограничивали его использование измерениями. 2003 Шаттл Колумбия бедствие отложили проект и по словам Николая Джонсона, главного ученого и руководителя программы по орбитальному мусору Бюро по программе НАСА, «Есть много маленьких подводных камней в окончательном докладе Ориона. Там причина , почему он сидел на полке более десяти лет ".

Импульс фотонов лазерного луча мог непосредственно передавать обломкам тягу, достаточную для перемещения мелких обломков на новые орбиты, не мешающие работающим спутникам. Исследование НАСА в 2011 году показало, что при попадании лазерного луча в кусок космического мусора может передаваться импульс 1 мм (0,039 дюйма) в секунду, а удерживание лазера на обломках в течение нескольких часов в день может изменить его курс на 200 м. (660 футов) в день. Одним из недостатков является возможность деградации материала; энергия может разбить мусор, усугубив проблему. Аналогичное предложение размещает лазер на спутнике на солнечно-синхронной орбите , используя импульсный луч для перевода спутников на более низкие орбиты для ускорения их входа в атмосферу. Было внесено предложение заменить лазер на Ion Beam Shepherd , а в других предложениях используется пенистый шар из аэрогеля или брызги воды, надувные шары, электродинамические тросы , электроадгезия и специальное противоспутниковое оружие.

Сети

28 февраля 2014 года Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) запустило испытательный спутник "космическая сеть". Запуск был лишь эксплуатационным испытанием. В декабре 2016 года страна отправила на МКС через Kounotori 6 сборщик космического мусора, с помощью которого ученые JAXA экспериментируют по вытаскиванию мусора с орбиты с помощью троса. Системе не удалось протянуть 700-метровый трос от корабля снабжения космической станции, который возвращался на Землю. 6 февраля миссия была объявлена ​​неудачной, и ведущий исследователь Коити Иноуэ заявил журналистам, что, по их мнению, «трос не был выпущен».

С 2012 года Европейское космическое агентство работает над проектом миссии по удалению с орбиты крупного космического мусора. Миссия e.Deorbit запланирована к запуску в 2023 году с целью удаления с НОО обломков весом более 4000 кг (8800 фунтов). В настоящее время изучается несколько методов захвата, в том числе сеть, гарпун и комбинированная рука робота и зажимной механизм.

Гарпун

RemoveDEBRIS план миссии заключается в проверке эффективности нескольких технологий ADR на ложных целях на низкой околоземной орбите . Для завершения запланированных экспериментов платформа оснащена сетью, гарпуном, лазерным дальномером, драгсилом и двумя CubeSat (миниатюрными исследовательскими спутниками). Миссия была запущена 2 апреля 2018 года.

Национальное и международное регулирование

Нет международного договора, сводящего к минимуму космический мусор. Однако Комитет Организации Объединенных Наций по использованию космического пространства в мирных целях (КОПУОС) опубликовал в 2007 году добровольные руководящие принципы, в которых использовались различные более ранние попытки национального регулирования по разработке стандартов предотвращения образования космического мусора. По состоянию на 2008 год комитет обсуждал международные «правила дорожного движения» по предотвращению столкновений между спутниками. К 2013 году ряд национальных правовых режимов существовал, как правило конкретизируется в лицензии запуска, которые необходимы для запуска во всех космических нациях .

В 2001 году США выпустили набор стандартных методов предотвращения образования космического мусора на гражданской ( НАСА ) и военной ( МО и ВВС США ) орбите. Стандарт предусматривал утилизацию для окончательной орбиты миссии одним из трех способов: 1) вход в атмосферу, когда даже «консервативно согласно прогнозам солнечной активности, сопротивление атмосферы ограничит время жизни до 25 лет после завершения миссии "; 2) маневр на «орбиту хранения»: переместите космический корабль на один из четырех очень широких диапазонов парковочной орбиты (2 000–19 700 км (1 200–12 200 миль), 20 700–35 300 км (12 900–21 900 миль), более 36 100 км (22 400 км)). mi) или полностью покинуть околоземную орбиту и перейти на любую гелиоцентрическую орбиту ; 3) «Прямое извлечение: извлеките конструкцию и удалите ее с орбиты, как только это станет практически возможным, после завершения миссии». Стандарт, сформулированный в варианте 1, который является стандартом, применимым к большинству запущенных спутников и заброшенных разгонных блоков, стал известен как «правило 25 лет». США обновили ODMSP в декабре 2019 года, но не внесли изменений в правило 25 лет, даже несмотря на то, что «[m] кто-либо в космическом сообществе считает, что срок должен быть меньше 25 лет». Однако нет единого мнения о том, какими могут быть новые временные рамки.

В 2002 году Европейское космическое агентство (ЕКА) работало с международной группой над распространением аналогичного набора стандартов, также с «правилом 25 лет», применимым к большинству спутников на околоземной орбите и разгонных блоках. Космические агентства в Европе начали разрабатывать технические руководства в середине 1990-х годов, а ASI , UKSA , CNES , DLR и ESA подписали «Европейский кодекс поведения» в 2006 году, который был предшественником международного стандарта ISO, работа над которым должна начаться. в следующем году. В 2008 году ЕКА дополнительно разработало «свои собственные» Требования по предупреждению образования космического мусора для проектов Агентства », которые« вступили в силу 1 апреля 2008 года ».

Германия и Франция разместили облигации для защиты собственности от разрушения обломками. Вариант «прямого извлечения» (вариант № 3 в приведенных выше «стандартных методах» США) редко использовался какой-либо космической державой (исключение, ВВС США X-37 ) или коммерческим субъектом с самых первых дней космических полетов из-за затрат и сложность достижения прямого извлечения, но ЕКА запланировало демонстрационную миссию (Clearspace-1) на 2025 год, чтобы сделать это с одной маленькой заброшенной разгонной ступенью весом 100 кг (220 фунтов) по прогнозируемой стоимости в 120 миллионов евро, не включая затраты на запуск.

К 2006 году Индийская организация космических исследований (ISRO) разработала ряд технических средств предотвращения образования космического мусора (пассивация верхней ступени, запасы топлива для движения на орбиты захоронения и т. Д.) Для ракет-носителей ISRO и спутников и активно участвовала в межконтинентальных исследованиях. -координация мусора агентств и усилия комитета ООН КОПУОС.

В 2007 году ISO приступила к разработке международного стандарта по предотвращению образования космического мусора. К 2010 году ISO опубликовала «всеобъемлющий набор стандартов проектирования космических систем, направленных на уменьшение образования космического мусора. [С основными требованиями], определенными в стандарте верхнего уровня ISO 24113 ». К 2017 году стандарты были почти завершены. Однако эти стандарты не являются обязательными для какой-либо стороны со стороны ISO или какой-либо международной юрисдикции. Они просто доступны для использования любым из множества добровольных способов. Они «могут быть приняты на добровольной основе производителем или оператором космических аппаратов, или введены в действие посредством коммерческого контракта между заказчиком и поставщиком, или использованы в качестве основы для установления набора национальных правил по уменьшению образования космического мусора».

В добровольном стандарте ISO также было принято «правило 25 лет» для «защищенного региона НОО» ниже 2000 км (1200 миль) над уровнем моря, которое ранее (и до сих пор используется по состоянию на 2019 год) в США, ЕКА и ООН. стандартов смягчения последствий и определяет его как «верхний предел количества времени, в течение которого космическая система должна оставаться на орбите после завершения своей миссии. В идеале, время спуска с орбиты должно быть как можно более коротким (т. е. намного короче 25 лет. ) ".

Хольгер Краг из Европейского космического агентства заявляет, что по состоянию на 2017 год не существует обязательной международной нормативной базы, и в соответствующем органе ООН в Вене не наблюдается никакого прогресса.

В популярной культуре

«До конца света» (1991) - французская научно-фантастическая драма, действие которой происходит на фоне вышедшего из-под контроля индийского ядерного спутника, который, по прогнозам, снова войдет в атмосферу, угрожая обширным населенным районам Земли.

В « Planetes» , японской научно-фантастической манге (1999–2004) и аниме (2003–2004), история вращается вокруг экипажа космического корабля по сбору мусора в 2075 году.

Фильм « Гравитация» , снятый режиссером Альфонсо Куароном в 2013 году, рассказывает о катастрофе во время космической миссии, вызванной синдромом Кесслера .

В первом сезоне сериала « Любовь, смерть и роботы» (2019), эпизод 11, «Рука помощи», вращается вокруг астронавта, которого ударил винт из космического мусора, который сбивает ее со спутника на орбите.

Смотрите также

использованная литература

Примечания

Библиография

дальнейшее чтение

внешние ссылки