Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы

17–19 апреля 2019 года Институт космических исследований РАН и Институт астрономии РАН организовали и провели Всероссийскую научную конференцию с международным участием «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы», которая была запланирована Советом по космосу РАН еще несколько лет назад.

Темы обсуждения отражены в названиях секций: «Современные и перспективные методы и средства наблюдений КМ в ОКП. Радарные и оптические наблюдения КМ наземными средствами. Проекты космических аппаратов для обнаружения и мониторинга КМ» (председатель секции – Лукьянов Александр Петрович, ПАО МАК «Вымпел»); «Каталогизация искусственных объектов. Базы данных ИСЗ и КМ, информационные системы» (председатель секции – Сидоренко Владислав Викторович, ИПМ имени М.В. Келдыша РАН); «Моделирование эволюции объектов космического мусора. Проблема точности прогнозов общей обстановки в ОКП и в отдельных областях ОКП. Методы повышения надежности (точности) определения орбит и прогнозирования орбитальных событий (в том числе оценки рисков столкновений и падений)» (председатель секции – Усовик Игорь Вячеславович, ЦНИИМаш); «Пути уменьшения засоренности ОКП. Современные и перспективные возможности борьбы с техногенным загрязнением околоземного пространства. Методы предотвращения столкновений с фрагментами КМ и защита космических аппаратов» (председатели секции – Вениаминов Станислав Сергеевич, НИИЦ ЦНИИ ВВКО МО РФ, Мерзлый Андрей Михайлович, Совет по космосу РАН); «Вопросы внутрироссийской координации и международного сотрудничества. Правовые вопросы», (председатель секции – Агапов Владимир Михайлович, ИПМ имени М.В. Келдыша РАН).

Конференцию открыли директор департамента стратегического планирования и организации космической деятельности госкорпорации «Роскосмос» Юрий Николаевич Макаров и научный руководитель Института астрономии РАН, член-корреспондент РАН Борис Михайлович Шустов. Научные доклады представили ведущие российские ученые и специалисты в области исследования и освоения космоса, в том числе авторы журнала «Воздушно-космическая сфера» В.В. Адушкин, В.Ю. Клюшников, С.С. Вениаминов, С.С. Логинов, А.В. Багров, В.А. Леонов и другие.

В своем пленарном докладе «Космический мусор: прикладные аспекты угрозы» Ю.Н. Макаров, помимо организационно-методических основ решения проблем техногенного засорения ОКП, рассказал об инфраструктуре госкорпорации «Роскосмос» для решения задач борьбы с техногенным засорением ОКП.

Развертывание инфраструктуры госкорпорации «Роскосмос» для решения задач борьбы с техногенным засорением ОКП

ЭОП-1 (4 комплекта)

Каждый комплект включает:

•2 телескопа с апертурой 19 см

•1 телескоп с апертурой 25 см

•1 телескоп с апертурой 40 см

ЭОП-2 (2 комплекта)

Каждый комплект включает:

4 телескопа с апертурой 19 см

1 телескоп с апертурой 40 см

1 телескоп с апертурой 65 см

ОЭС-50     ОЭС-65          РКС 25 см

Бразилия (г. Итажуба) комплекс ОЭК ОКМ

Чили (г. Ла-Сирена) один комплект ЭОП-1

Докладчик коснулся работ в сфере парирования космических угроз, включенных в федеральную космическую программу России на 2016 –2025 годы.

Научный руководитель Института астрономии РАН, член-корреспондент РАН Б.М. Шустов в докладе «О фундаментальных исследованиях по проблеме космического мусора» отметил, что проблема техногенной засоренности ОКП является самой насущной из списка космических угроз, который также включает астероидно-кометную опасность, проблему «космической погоды», проблему планетарного карантина (биорисков) и др. Это определяется ее очевидным характером и значимостью, подтверждаемой уже многочисленными примерами из сферы космической деятельности человечества.

По мнению ученого, задачу парирования угрозы КМ чаще всего рассматривают как имеющую чисто прикладной характер. «Такой подход вполне достаточен, если считать, что мы имеем дело с уже полностью сформировавшейся проблемой, которую мы хорошо изучили и выработали необходимые методы и средства для ее парирования. Однако это не так. Проблема КМ - многоплановая, не все ее аспекты мы понимаем достаточно глубоко, и к тому же с развитием космической деятельности ее содержание постоянно усложняется, а уровень значимости растет» .

В последнее время приходит понимание того, что к находящейся в основном в сфере ответственности ГК «Роскосмос» проблеме техногенной засоренности ОКП необходимо активное подключение тех, кто занимается фундаментальной наукой.

В докладе кратко затронуты перспективы и пути привлечения экспертов и специалистов научных учреждений фундаментального профиля для участия в выработке новых эффективных подходов к эффективному решению проблемы КМ. Особенно перспективным Б.М. Шустов считает следующие направления:

- привлечение уникальных возможностей (средств, методов и кадрового потенциала) научных учреждений фундаментального профиля для решения проблемы обнаружения и мониторинга малоразмерной фракции КМ;

- развитие новых физических подходов к решению задачи очистки ОКП от объектов космического мусора.

Главный вывод доклада состоит в том, что для эффективного решения проблемы космического мусора, имеющего выраженный прикладной характер, необходимо серьезное подключение фундаментальной науки, и такое подключение должно осуществляться на системном уровне.

Некоторые задачи фундаментальной науки: 

1. Построение физических и математических моделей, качественно и количественно описывающих процессы, приводящие к образованию космического мусора в результате воздействия факторов космической среды на материалы внешних поверхностей конструкции КА, ступеней РН, РБ. В частности, необходима модель физических процессов, приводящих к расслаиванию экранно-вакуумной теплоизоляции космического аппарата (ЭВТИ) и отрыву фрагментов ЭВТИ от элементов конструкции КА, которые ею покрыты. То, что такие процессы происходят, подтверждено наблюдениями.

2. Построение физических моделей, позволяющих оценивать изменения с течением времени физических свойств материалов конструкции КА, ступеней РН, РБ и фрагментов космического мусора, в том числе:

 – изменение отражательных характеристик объектов;

– изменение физического состояния объектов особого КМ, например «капель», образовавшихся при вытекании рабочего тела (эвтектика NaK) из контура охлаждения ядерной энергодвигательной установки (ЯЭУ) при уводе на орбиту захоронения и разделении активной зоны и тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ).

3. Построение моделей, позволяющих получить качественные и количественные оценки для всей совокупности объектов космического мусора, образующихся при разрушении типовых конструкций КА, РН и РБ в результате взрывов, которые обусловлены наличием источников энергии на борту, или столкновений. То есть необходимы модели, которые позволяют построить функции распределения объектов КМ при разрушениях по массе, размерам и т.п.

4. Разработка и реализация методов анализа большого объема накопленной информации (например, с применением методов Big Data Analysis, Data Mining) по техногенным объектам с целью выявления закономерностей и тенденций в их поведении (физические свойства и орбитальные характеристики и их изменение с течением времени), в том числе скрытых и неявно выраженных, и группирование объектов на основе результатов анализа .

Задачу изучения и парирования угрозы, связанной с проблемой КМ, и других космических угроз нужно решать на системном уровне, как это уже делается нашими зарубежными коллегами.

Рис. 1 (Musor-1). Титановый бак (30 кг) от второй ступени ракеты «Дельта-2», выпавший 22 января 1997 года в Техасе.

Рис. 2 (Musor-2). Модуль третьей ступени ракеты Дельта-2, упавший на территорию Саудовской Аравии 21 января 2001 года. Вес около 70 кг.

Рис. 3-4 (Musor-3-4). КМ в районе космодрома Плесецк

В настоящее время космические агентства разных стран работают над проектами по поиску, каталогизации и удалению с орбиты элементов мусора, например проект Deorbit Европейского космического агентства или проект CleanSpace One Федерального института технологий Швейцарии . Значительная часть таких проектов, однако, направлена на поиск и удаление с орбиты крупных объектов размером более 10 см. Та часть космического мусора, которая приходится на объекты меньших размеров, в настоящее время исследована гораздо хуже, в том числе из-за сложностей наблюдения таких объектов с поверхности Земли или даже из космоса с помощью малых аппаратов и кубсатов.

Сборник тезисов докладов подготовлен в электронном виде и доступен для скачивания по ссылке http://www.inasan.ru/wp-content/uploads/2019/04/Abstract-book.pdf. Итоги конференции будут представлены на Совете по космосу РАН и в ГК «Роскосмос».

Литература

1. Шустов Б.М. О фундаментальных исследованиях по проблеме космического мусора» // Всероссийская научная конференция «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы»: сборник трудов. Серия «Механика, управление и информатика». М.: ИКИ РАН, 2019. С.9.

2. Clean Space, e.Deorbit Implementation Plan. Tech. Rep., ESA. Ref. ESA-TEC-SC-TN-2015-007, 2015.

3. Richard, M., Kronig, L., Belloni, F., et al., Uncooperative rendezvous and docking for microsats: the case for CleanSpace One. In: 6th International Conference on Recent Advances in Space Technologies, 2013.

4. Шустов Б.М. Проблема космического мусора (КМ). Общие аспекты // Доклад на заседании Экспертной группы по космическим угрозам при Совете РАН по космосу 18.05.2018 г.

5. Всероссийская научная конференция «Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы»: сборник трудов. Серия «Механика, управление и информатика». М.: ИКИ РАН, 2019.

© Дмитрюк С.В., 2019

История статьи:

Поступила в редакцию: 23.04.2019

Принята к публикации: 15.05.2019

Модератор: Плетнер К.В.

Конфликт интересов: отсутствует

Для цитирования:

Дмитрюк С.В. Космический мусор: фундаментальные и практические аспекты угрозы // Воздушно-космическая сфера. 2019. №2. С. 56-59.