Способы очистки космоса от мусора

Человечество постепенно приходит к пониманию того, что сорить в космосе надо как можно меньше. Например, если на "Мире" экипаж складывал отходы в контейнер и периодически выбрасывал его в открытый космос, то на Международной космической станции все отходы убирают в грузовой корабль "Прогресс", который затем отстыковывается и вместе с мусором бесследно сгорает в верхних слоях атмосферы.
Были выдвинуты несколько предложений по уничтожению КМ.
«К сожалению, на данный момент эффективных способов уничтожения космического мусора не существует», – считает Эфраим Аким. По его мнению, собирать обломки при помощи американских шаттлов безумно дорого, да и челноки вот уже несколько лет стоят на приколе. Еще большее безумие сжигать космический мусор при помощи лазера, поскольку расплавленный металл, остывая, превратится в смертоносную «шрапнель», которая расползется по орбите, еще больше загрязнив космос. Заменить многоступенчатые ракеты многоразовыми системами тоже пока не представляется возможным, слишком уж они дороги.
Действующие способы очистки космоса от мусора:
1.Резервные запасы топлива на искусственных спутниках Земли.
Одним из первых реальных достижений в деле борьбы с космическим мусором стала выработка новых международных стандартов в отношении искусственных спутников Земли. Теперь на их борту должны присутствовать резервные запасы топлива, чтобы по истечении срока работы увести аппараты в специально отведенные районы околоземных орбит или направить к Земле.
2.Дополнительные системы управления спутниками.
Есть возможность оснащать спутники дополнительными системами управления, способными в случае поражения аппарата частицами мусора уводить его с рабочих орбит или притормаживать, чтобы, войдя в атмосферу, они сгорали в ней. Предполагается, что «кладбища спутников» будут располагаться на 200–300 км выше зоны геостационарных орбит. В Советском Союзе и России для космических станций, грузовых и транспортных кораблей, выполнивших программу, предусмотрен такой управляемый вход в атмосферу, при котором несгоревшие элементы падают в океан.

3.Специальные защитные щиты.
У МКС существуют специальные щиты, которые защищают станцию от космического мусора размером до 1 см. При этом все, что крупнее 1 см запросто пробивает эти щиты. Один из таких экранов изготовлен во Фрайбурге по заказу Европейского космического агентства для научно-исследовательского лабораторного модуля «Колумбус». Один из его разработчиков – Франк Шефер – рассказывает:

Речь идёт о защитном экране, способном задерживать частицы с линейными размерами до 2-х сантиметров и скоростями до 7-ми километров в секунду. Он состоит из нескольких слоёв: снаружи – листовой алюминий, под ним – керамические и полиамидные волокна. Конечно, ещё более толстый экран смог бы задерживать и более крупные частицы, но ведь он должен удовлетворять двум условиям. Во-первых, стоимость его доставки в космос не должна выходить за разумные рамки. Во-вторых, экран не должен быть слишком тяжёлым, иначе запустить весь модуль на орбиту будет невозможно технически. Конечно, рассматриваются и другие методы защиты от космического мусора: например, передвижной экран, который реагирует на сигнал, подаваемый системой автоматического обнаружения, и тотчас занимает «оборонительную» позицию.

Если станции угрожают объекты крупнее 5-10 см, МКС может скорректировать свою позицию и избежать столкновения. (это и происходит не реже одного раза в год).

На Международной космической станции (МКС) будет установлен уникальный детектор "орбитального мусора". По сообщению представителей НАСА, это устройство поможет собрать "по-настоящему хорошую статистику" техногенного загрязнения космоса.

Площадь создаваемой "ловушки" составляет 10 кв. м. Она будет выполнена из так называемого аэрогеля - самого легкого из твердых материалов, а также набора датчиков, фиксирующих в режиме реального времени попадание частиц "космического мусора
4. Оснащение разгонных блоков ракет системами слива топлива.
В международные правила использования космоса внесены требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива. Оказавшись в космосе, после завершения маневра управляющая электроника в обязательном порядке должна открыть клапаны и выбросить излишки горючего. К сожалению, и этого порой недостаточно. Из-за особенностей топлива и невозможности полностью выбросить его из резервуаров взрываются даже «опустошенные» баки. А значит, должны быть предприняты меры по совершенствованию конструкции космических ракет.
5. Ограничение доступа на геостационарную орбиту.
В космосе нет межгосударственных границ, поэтому долгое время космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате ёмкость так называемых «удобных» орбит уже сегодня практически исчерпана. На низких околоземных орбитах, то есть на высотах до двух тысяч километров, сегодня находятся несколько сотен активных и более двух с половиной тысяч уже не действующих спутников, и численность этой флотилии стремительно растёт. Ещё хуже обстоят дела на геостационарной орбите, расположенной на высоте около 36-ти тысяч километров. Её главное достоинство в том, что находящиеся на ней спутники неподвижны относительно Земли. Это позволяет вести с них наблюдение и обеспечивать надёжную связь на территории, превышающей 90 процентов земной поверхности. Чтобы предотвратить перенасыщение геостационарной орбиты, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом», и теперь места там «выдаются» строго по заявкам.

6. Использование остатков топлива для перевода спутников на траекторию снижения.
Именно таким образом 23 марта 2001 г. прекратила свое существование космическая станция «Мир». Свыше 1500 обломков общей массой 25 тонн упали и затонули в южной части Тихого океана восточнее Новой Зеландии, на 40-ё параллели недалеко от острова Рождества, в полосе шириной 200 км и длиной 3000 км. Этот район получил название «кладбища космических кораблей». И по сей день он используется для затопления частей космических аппаратов, возвращающихся с орбиты. Уже в 2005 году там были затоплены корабли серии «Прогресс» - М51 (11 марта), М52 (16 июня) и М53 (8 сентября). Корабль «Прогресс»- М54 должен был быть затоплен в декабре 2005 года, однако в Центре Управления Полетом было принято решение оставить его на орбите до марта 2006 года, чтобы как можно полнее заполнить его бытовыми отходами МКС.

возвращению Транспортных кораблей «Прогресс», которые выполняют функцию «вывоза» бытового мусора с космической станции.

Утилизация КМ бактериями.

Планируемый в ближайшем будущем космический полет на Марс ставит перед современной наукой ряд важных вопросов. Один из них - как утилизировать органические отходы жизнедеятельности экипажа во время трехлетнего космического путешествия. Поиском решения занимается международный коллектив болгарских, бельгийских и российских ученых. Лучшим вариантом, по их мнению, является утилизация бытовых отходов при помощи особых бактерий.

Международная группа экспертов работает над созданием закрытой экосистемы. В ней органические отходы будут утилизироваться соответствующими бактериями в специальных биореакторах. «Наша цель – при утилизации этих отходов получить воду, которая будет использоваться для космической оранжереи, или какой-либо вид газа, который послужил бы источником энергии Нежелательно, чтобы вместе с кислородом экипаж вдыхал микроорганизмы, которые могут оказаться опасными для здоровья. Поэтому мы выбрали анаэробные и теплолюбивые бактерии, не нуждающиеся в кислороде, бактерии clostridium thermocellum, которые расщепляют преимущественно целлюлозу. Преобладающая часть отходов жизнедеятельности космонавтов – на целлюлозной основе. Первые анаэробные бактерии будут отправлены в космос весной 2009 года, а результаты ожидаются в конце 2010 года.
Йер-Чу Лю, сотрудник Космического центра имени Джонсона, занятый в программе по борьбе с космическим мусором.

 

«Поскольку мировое сообщество постепенно осознает, что необходимо заняться активной борьбой с космическим мусором, фокус исследований в этой области будет смещаться с моделирования и определения засоренности орбиты к разработке средств борьбы с ними, задача станет инженерной, технологической», – считает Лю. Эта проблема является всеобщей, и решать ее не только NASA.

По мнению Лю, критическая точка в засоренности знаменуется тем, что в скором времени столкновения в космосе станут нормальным явлением. А при каждом столкновении двух тел будут образовываться десятки новых. Количество мусора на орбите начнет разрастаться уже без помощи человека.

Выброс энергии при моделировании столкновения спутника с мусором (wikipedia.org)

По мнению Лю, для успешной разработки и выполнения стратегического плана по борьбе с космическим мусором необходимо выполнение четырех условий:

1. Всеобщее согласие о необходимости активной борьбы с мусором.

2. Кооперация. Цели борьбы могут принадлежать другой стране, но угрозу представлять для всех.

3. Сотрудничество. Маловероятно, что на текущем уровне развития технологий одна страна или тем более организация сумеет бороться с космическим мусором.

4. Сотрудничество. Необходимо финансовое сотрудничество всех заинтересованных сторон.

«В течение следующих пяти или десяти лет у нас будет намного больше возможностей по борьбе с мусором», – считает Лю.

В течение последних лет было предложено несколько идей по борьбе с космическим мусором, в числе них были и огромные рыболовные сети, и мыльные пузыри, а лазерные пушки.

Но по мнению Лю, надо исходить из конкретных задач, которые необходимо решить в скором времени. «Нам надо быть более конкретными и понять, с чего начать и зачем это нужно. Нельзя потратить миллиарды долларов, чтобы просто полететь в космос и прихватить там несколько старых аппаратов, не понимая, какая от этого будет польза. Надо разработать четкий план работы», – говорит Лю.

В особенности надо уделять внимание не крупным и тяжелым объектам. На самом деле, наибольшее значение имеет вероятность столкновения конкретного объекта с рабочими аппаратами и с другим мусором. По мнению Лю, для стабилизации количества космического мусора сейчас надо убирать по 5 крупных и опасных объектов в год.

 

Я не остановилась на мнении одного человека, перечитав много информации, я нашла Интервью с главой отдела Европейского космического агентства Хайнером Клинкрадом и что же он говорит о ситуации в космосе:

— Ну а чем рискуем мы на Земле? Ведь в ближнем космосе собралось уже 6 тыс. т мусора. Не посыплется ли он буквально нам на голову?

— Ежегодно на Землю падает несколько десятков тонн космического мусора. Так, в 2007 году — примерно 70 т. Большая часть этого объема сгорает в атмосфере. И все же части крупных деталей, например отработавшие ступени ракет, достичь поверхности Земли вполне в состоянии. Правда, до сих пор не было случая, чтобы кто-то был серьезно ранен или убит в результате падения на него космического мусора.

— Все ли занимающиеся изучением космоса страны воспринимают наличие космического мусора как проблему? Или же в странах, чьи космические программы начаты сравнительно недавно, существует тенденция считать, что, мол, «сначала мы осуществим наши программы, а уж потом станем думать, что делать с мусором в космосе»?

— Важность проблемы космического мусора понимают все страны. Хотя бы лишь по соображениям маркетинга, ведь все они хотят, чтобы их ракетоносители стали участниками доходного рынка по выводу спутников на орбиту, но покупателей на «грязную» систему, т.е. на носитель, который может усугубить проблему космического мусора, вы не найдете. Впрочем, усилиями международного сообщества ООН уже создан каталог мер, необходимых для предотвращения скапливания в космосе различного рода мусора. Среди этих мер, в частности, слив топлива отслуживших свой срок спутников во избежание возможности взрыва

— Но одни лишь подобные соглашения вряд ли способны решить проблему. Имеются ли технические возможности для уничтожения космического мусора?

— Технически возможны различные варианты. Так, мелкие обломки — в пределах 1 см — можно расстреливать лазерным лучом с Земли. При этом часть массы объекта будет испаряться, в результате чего скорость его движения замедлится, и в конце концов он сгорит в атмосфере.

Крупные же блоки можно было бы выводить с помощью применения твердотопливных двигателей или солнечных парусов на такие орбиты, где они бы в итоге сгорали. В случае с отработавшими свой срок спутниками и верхними ступенями ракет представить себе можно и использование специальных тросов. Тросы эти длиной в несколько километров надо расположить по направлению к центру Земли. Во время движения по околоземной орбите в результате взаимодействия с ее магнитным полем возникнет эффект торможения, что приведет к падению троса вместе с отслужившим свой век спутником.

Конечно, проведение подобных мероприятий и технически, и материально очень затратное дело. Лучшим решением проблемы стало бы предварительное оснащение всех спутников таким оборудованием, благодаря которому после завершения срока своей работы они контролируемо сгорали бы в атмосфере или же автоматически выводились на очень высокую «орбиту-кладбище».

— Однако для осуществления всех подобных мероприятий необходимо абсолютно точно знать месторасположение отдельных объектов мусора. Как организовать подобный контроль?

— До сих пор он в основном осуществлялся Службой наблюдения за космическими объектами США Space Surveillance Network, располагающей системой радаров и телескопов, с помощью которой фиксируются практически все объекты, величина которых превышает 10 см. Впрочем, американцы, как правило, не предоставляли нам информацию о том, с какой точностью они определили данные траекторий движения мусорных обломков.

По этой причине Европа приняла в прошлом году решение создать на базе радаров и телескопов собственную систему контроля. На околоземной орбите программа Space Situational Awareness должна регистрировать объекты размером более 10 см, а на геостационарной орбите, т.е. на высоте 35 786 км, — более 1 м. Программа эта находится сейчас на подготовительном этапе, но есть хорошие предпосылки к тому, что реализована она будет менее чем через десять лет.

— Наверняка дорогой проект?

— Действительно, дорогой. Речь идет о нескольких сотнях миллионов евро. Однако, во-первых, эта система может быть использована и для других целей, например для прогноза космической погоды. Во-вторых, у нас просто нет альтернативы перед лицом перспективы, что космический мусор когда-нибудь просто остановит развитие космонавтики.

 

Факты.

Космический «Титаник»

Самый крупный объект, упавший на Землю за последние 500 лет – космический мусор, а если быть более точным, то орбитальная станция «Мир», которая была затоплена в Тихом океане 23 марта 2001 года. По оценкам специалистов, станция потеряла не более 15% от своего веса во время прохождения плотных слоев атмосферы, а это значит, что сегодня на океаническом дне покоится 105 689-тонная махина!

«Не входи, убьет!»

Гигантская орбитальная свалка находится в непрерывном движении. На скорости 9 834 м/c останки космических аппаратов сталкиваются друг с другом, при этом непредсказуемым образом меняя свое направление и порождая еще большее число более мелкого космического мусора. 2 мм осколок, образовавшийся в результате такого столкновения, оставит кратер глубиной 3-4 мм на обшивке шаттла или пройдет, словно нож сквозь масло, через защищенное скафандром тело астронавта.

Мусор атакует»

Шанс быть раздавленным упавшим из космоса мусором составляет 20 миллиардов к одному. В 1997 году жительница Оклахомы Лотти Вильямс (Lottie Williams), получившая прозвище счастливчик, была атакована 10 x 13 см обломком одной из ступеней ракеты-носителя «Дельта-2», который угодил ей в правое плечо. Женщина отделалась легким испугом и на несколько дней даже стала настоящей знаменитостью.

 

Заключение

В результате данной исследовательской деятельности я наметил план разрешения проблемы утилизации космического мусора:

Необходимо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений;

Необходимо выработать международные правила космического движения;

Выработать новые, единые требования к космической технике, определить зоны работы спутников;

Обязательно еще до запуска в космос оговорить методику захоронения выработавших свой срок аппаратов.

Внести в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива;

Объединить усилия ученых разных стран по разработке технологии сбора и утилизации космического мусора.

Следует совершенствовать конструкции спутников, космических кораблей и ракет, чтобы от них оставалось как можно меньше космического мусора.

Разумеется, это только часть предлагаемых мер по обеспечению безопасности космической деятельности. И главное, что осознали космические державы и международные организации – это то, что процесс засорения космоса имеет глобальный международный характер. Не может быть засорения национального околоземного пространства, есть засорение окружающей Землю космической среды.

 

«Каждая проблема имеет решение. Единственная трудность заключается в том, чтобы его найти».

Эвви Неф.

 

 

Список используемой литературы

Интернет ресурсы.

 

http://www.rgo.ru/gagarin/plany-i-problemy/problemy/kosmicheskij-musor/

http://www.cosmos-journal.ru/articles/248

http://astronomer.ru/forum/index.php?topic=65.45

http://www.eco-nomos.ru/2011/03/musor-9/

http://nsportal.ru/ap/drugoe/library/kosmicheskii-musor-kak-istochnik-zasoreniya-okolozemnogo-prostranstva

http://www.iki.rssi.ru/books/2012veniaminov.pdf

http://ves-elo.ru/index.php/interesno/54-a-vy-ne-znali/3189-fakty-o-kosmicheskom-musore.html

http://nsportal.ru/ap/drugoe/library/shkolnaya-nauchno-prakticheskaya-konferentsiya-kosmos-glazami-deteidoklad-na-temu-

http://otherreferats.allbest.ru/air/00095386_0.html

http://do.gendocs.ru/docs/index-215620.html