Как не допустить дальнейшего засорения околоземного космического пространства
Современная ракетно-космическая техника наносит большой ущерб экологии нашей планеты. Один из существенных факторов ее негативного влияния – падение на Землю крупных обломков космических объектов
Виталий Адушкин
Станислав Вениаминов
Станислав Козлов
Статья журнала ВКС, №1 (90) февраль 2017
Околоземному пространству требуется генеральная уборка
Проблемы воздействия ракетно-космической техники на окружающую среду – вопрос многогранный, актуальность которого с каждым годом будет только возрастать. РКТ воздействует на разные геосферы нашей планеты – поверхность Земли и приземные слои атмосферы, тропосферу, озоносферу, ионосферу и все околоземное космическое пространство (ОКП). Чтобы составить объективное и по возможности полное представление об этих проблемах, необходимо объединить знания и опыт ученых из разных областей науки. Что мы и постарались сделать в научной монографии «Воздействие ракетно-космической техники на окружающую среду». Для работы над книгой были привлечены ведущие специалисты из различных НИИ и НПО РАН, МО РФ, «Росатома», Росгидромета, «Роскосмоса».
Прежде всего, РКТ наносит значительный ущерб экологии поверхности Земли и здоровью проживающих на ней людей и животных, в основном в окрестностях полигонов запуска. Это настоятельно требует перехода к использованию нетоксичного ракетного топлива. Но и в таком случае остается еще один существенный фактор негативного влияния на окружающую среду, а именно – падение на Землю крупных обломков космических объектов (КО). Это также необходимо учитывать в борьбе с техногенным засорением космоса.
Все проблемы техногенного засорения ОКП сводятся к следующим простым вопросам:
- как минимизировать негативное влияние космического мусора (КМ) на деятельность человека в околоземном пространстве;
- как сократить (если не прекратить) дальнейшее засорение ОКП;
- каковы реальные способы очищения ОКП от космического мусора.
Как решается проблема сегодняВ настоящее время первый из поставленных вопросов решается следующим образом: на борту многих действующих космических аппаратов (КА) закладывается ресурс для совершения маневров уклонения от столкновений с КМ, а сами КА конструкторы вынуждены бронировать (бронирование защищает лишь от очень мелкого КМ, да и то не от всякого). Все это, безусловно, увеличивает затраты на космическую деятельность, но без этого не обойтись.
Конструкторы космической техники уже совершили определенные шаги на пути к сокращению дальнейшего засорения ОКП, хотя это далеко не все, что можно и нужно сделать. В частности, значительно сокращено высвобождение космического мусора, сопутствующего запуску и функционированию космических аппаратов, – временных и вспомогательных технологических придатков, уже сыгравших свою роль и более не нужных для дальнейшего активного существования КА.
Такой космический мусор до последнего времени составлял около 10% от количества каталогизированных космических объектов, причем основное его количество находится в наиболее «населенных» аппаратами орбитальных районах.
Техногенное засорение космосаОбщая масса техногенного мусора - 10 тыс. т- 30 тыс. объектов размером >10 см- 600 тыс. объектов размером 1–10 см- 100 млн объектов размером 1мм–1 см0,035 г – таков был вес частицы, от столкновения с которой раскололся космический аппарат «Блиц». Стало быть, даже мелкий космический мусор, размерами менее 1 см, может представлять серьезную опасность для КА.Главной реальной радикальной мерой является удаление отработавших космических аппаратов, ракетносителей и других крупных космических объектов прежде всего из густонаселенных орбитальных областей. Осуществить это можно с помощью перевода таких КО на орбиту захоронения в конце функционального полета, что уже давно и успешно практикуется.
.jpg)
Как можно решить проблему завтра
Так как при взрыве образуется значительное количество крупных и среднеразмерных фрагментов с потенциально длительным временем орбитального существования, а также множество мелкого КМ, то сокращение количества взрывов даст существенный положительный эффект в сдерживании будущего увеличения количества космического мусора. Единой рекомендации по предотвращению случайных взрывов нет. Но существует системный подход, называемый пассивацией КА. То есть для каждого потенциального источника запасенной на борту энергии разрабатывается безопасный метод ее рассеивания, который активируется в конце функционального существования космического аппарата.
Прямой путь к достижению снижения осколко-образования вследствие столкновений – сокращение количества столкновений с помощью маневров уклонения от них или удаление КО, грозящих столкновениями, из переполненных орбитальных областей.
Минимизировать количество КМ и продумать пути его утилизации можно еще на стадии проектирования КА. Реальным и действенным способом могут служить тщательно продуманные подходы к выбору его конструкции и материалов таким образом, чтобы при разрушении образовывались осколки с большим отношением площади поверхности к массе для их более интенсивного атмосферного торможения.
Способы очищения околоземного пространства от космического мусора
Главной реальной радикальной мерой является удаление отработавших космических аппаратов, ракетносителей и других крупных космических объектов прежде всего из густонаселенных орбитальных областей. Осуществить это можно с помощью перевода таких КО на орбиту захоронения в конце функционального полета, что уже давно и успешно практикуется.
Еще один перспективный способ – принудительный ввод КА в атмосферу с применением замедляющих полет приемов или сокращение орбитального существования КА (ускорение естественного схода с орбиты), что, правда, подходит только для низкоорбитальных спутников. Но этот метод пока не вошел в обычную регулярную практику. Для выполнения такого типа маневров многие традиционные проекты КА и РН могут нуждаться в соответствующих модификациях. Конечно же, реализация этих способов сталкивается со значительными сложностями.
Перед планированием операций по активному удалению КО встает целый ряд вопросов: в каком орбитальном районе следует осуществлять такие операции в первую очередь, каковы главные цели этих операций, какой КМ следует удалять в первую очередь, каков будет выигрыш от этого, каким именно образом осуществлять операцию.
Вооружен и очень опасен
Степень опасности КМ определяется в основном тремя факторами:
- длительность срока орбитального существования КМ,
- высокая скорость движения,
- трудность утилизации КМ.
Стало быть, даже мелкий космический мусор, размерами менее 1 см, может представлять серьезную опасность для космических аппаратов. Вспомним очень показательную в этом плане трагедию КА «Блиц», расколовшегося от столкновения буквально с пылинкой – частицей массой менее 0,1 г. Этим и обусловлены невероятные трудности в решении всей проблемы.
Крупный космический мусор устойчиво отслеживается системами контроля космического пространства (СККП), что позволяет без особых проблем осуществлять маневры уклонения от столкновений с ним. А вот среднеразмерный КМ сложно отследить, поэтому он гораздо опаснее крупного.
Столкновения с мелким КМ, несмотря на то, что его перемещения в космическом пространстве практически невозможно отследить, не так катастрофичны, как с КМ предыдущих двух категорий. Однако его опасность определяется грандиозным количеством, широким распределением в пространстве, огромной скоростью движения и абсолютной непредсказуемостью столкновений.
Из сказанного уже становится понятно, что первостепенной задачей изучения и борьбы с мелким КМ является получение значительно большей измерительной информации о нем. С этой целью необходимо увеличить количество бортовых сенсоров, способных регистрировать среднеразмерный и мелкий КМ (и/или увеличение их рабочей поверхности), а также «попутно» использовать наземные и бортовые средства наблюдения для регистрации КМ в рамках других научных программ астрономических и астрофизических наблюдений. Это вполне выполнимая задача (и технически, и экономически), поскольку бортовые сенсоры КМ, в принципе, можно ставить на любые запускаемые КА и даже РН, а дать небольшую дополнительную нагрузку на уже запланированные программы гораздо дешевле, чем создавать новые целевые программы.
Для квалифицированного решения сложной проблемы исходная информация о ней должна быть предельно достоверной, точной и полной. К сожалению, сейчас в исходной информации о техногенном засорения ОКП есть большие пробелы. Достаточно полная, достоверная и точная информация доступна только о каталогизированных (то есть крупных) КО. Значит, можно вполне обоснованно осуществлять их увод с орбиты. Но это лишь одно из направлений борьбы с КМ. Не стоит забывать, что, как было подчеркнуто ранее, опасность для космической деятельности и астрономических наблюдений представляет и среднеразмерный, и мелкий КМ, к тому же он мало исследован.
В заключение подчеркнем, что одним из до сих пор упущенных фундаментальных шагов решения рассматриваемой проблемы является ее освещение и пропаганда на ранних стадиях образования – и в школе, и в вузах.
Первостепенной задачей изучения и борьбы с мелким космическим мусором является получение значительно большей измерительной информации о нем. С этой целью необходимо увеличить количество бортовых сенсоров, способных регистрировать среднеразмерный и мелкий КМ (и/или увеличение их рабочей поверхности), а также «попутно» использовать наземные и бортовые средства наблюдения в рамках научных программ астрономических и астрофизических наблюдений.
***
Текст: Виталий Адушкин, академик РАН, директор Института динамики геосфер РАН, Станислав Вениаминов, доктор технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Научно-исследовательского испытательного центра ЦНИИ войск ВКО, Станислав Козлов, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института динамики геосфер РАН
По материалам доклада «Воздействие ракетно-космической техники на окружающую среду»
4027 
