Co to są śmieci kosmiczne?
Śmieci kosmiczne to wszystkie sztuczne obiekty i ich obiekty
W niektórych przypadkach duże lub zawierającena pokładzie, materiały niebezpieczne (nuklearne, toksyczne itp.), obiekty śmieci kosmicznych mogą stanowić bezpośrednie zagrożenie dla Ziemi - z ich niekontrolowanym spadkiem z orbity, niecałkowitym spalaniem podczas przechodzenia przez gęste warstwy atmosfery ziemskiej i opadaniem gruzu na osady , obiekty przemysłowe, komunikacja transportowa.
Problem skażenia przestrzeni okołoziemskiejkosmiczne „śmieci kosmiczne” jako koncepcja czysto teoretyczna powstały zasadniczo bezpośrednio po wystrzeleniu pierwszych sztucznych satelitów Ziemi pod koniec lat 50. XX wieku.
Otrzymała oficjalny status na poziomie międzynarodowym po raporcie Sekretarza Generalnego ONZ zatytułowanym „Wpływ działań kosmicznych na środowisko” z 10 grudnia 1993 r.
Z czego to się składa?
Obecnie w regionie nisko położonym blisko Ziemiorbitach (LEO) do wysokości około 2000 km, znajduje się, według różnych szacunków, około 220 tysięcy (300 tysięcy według Biura ONZ ds. Przestrzeni Kosmicznej, październik 2009) obiektów wytworzonych przez człowieka o łącznej masie dochodzącej do 5000 ton.
Na podstawie szacunków statystycznych stwierdza się, że łączna liczba takich obiektów o średnicy powyżej 1 cm jest raczej niepewna i może sięgać 60–100 tys.
Tylko niewielka część z nich (około 10%) byławykrywane, śledzone i katalogowane za pomocą naziemnego radaru i środków optycznych. Przykładowo, według stanu na 2013 r. katalog Dowództwa Strategicznego USA zawierał 16 600 obiektów (przeważnie większych niż 10 cm), z których większość została stworzona przez ZSRR, USA i Chiny.
Katalog rosyjski, GIATs ASPOS OKP (TsNIIMash),zawierało 15,8 tys. obiektów śmieci kosmicznych w sierpniu 2014 r., a łącznie na orbitach okołoziemskich znajdowało się ponad 17,1 tys. obiektów (w tym działających satelitów), a zderzenie z którymkolwiek z nich doprowadziłoby do całkowitego zniszczenia statku kosmicznego.
Około 6% monitorowanych obiektów jest aktywnych;około 22% obiektów przestało funkcjonować; 17% to górne stopnie i dopalacze rakiet nośnych, a około 55% to odpady, elementy technologiczne związane z startami oraz szczątki z eksplozji i fragmentacji.
Większość tych obiektów znajduje się na orbitach o dużym nachyleniu, których płaszczyzny przecinają się, dlatego średnia względna prędkość ich wzajemnego przejścia wynosi około 10 km/s.
Ze względu na ogromną rezerwę energii kinetycznejzderzenie któregokolwiek z tych obiektów z aktywnym statkiem kosmicznym mogłoby go uszkodzić lub nawet wyłączyć. Przykładem jest pierwsza kolizja sztucznych satelitów: Kosmos-2251 i Iridium 33, która miała miejsce 10 lutego 2009 roku; w rezultacie oba satelity całkowicie się zawaliły, tworząc ponad 600 śmieci.
Najbardziej zanieczyszczonymi obszarami są orbity wokół Ziemi, które są najczęściej wykorzystywane do działania statków kosmicznych. Są to orbity LEO, orbity geostacjonarne (GSO) i orbity synchroniczne ze słońcem (SSO).
Komputerowy model rozmieszczenia obiektów kosmicznych w przestrzeni bliskiej Ziemi, według opisu NASA 95% z nich to szczątki
Dlaczego kosmiczne śmieci są niebezpieczne?
Duże obiekty położone na niskimna orbitach okołoziemskich stopniowo zwalniają i po pewnym czasie wchodzą w atmosferę. Niektóre ich fragmenty docierają na powierzchnię planety. Małe obiekty kosmicznych śmieci wpadają w gęste warstwy atmosfery prawie codziennie, większe obiekty - kilka razy w miesiącu. Według Nicholasa Johnsona (NASA) fragmenty satelitów lub rakiet docierają na powierzchnię prawie co roku.
- Upadek obiektu WT1190F
W dniu 13 listopada 2015 roku jeden z nichfragmenty rakiety, która wcześniej brała udział w programie księżycowym. Fragment o wielkości 1–2 m i gęstości 0,1 g/cm3 przedostał się do atmosfery w rejonie Oceanu Indyjskiego, około 60 km od wybrzeży Sri Lanki.
Według niektórych opinii był to pierwszyzarejestrowany przypadek kosmicznych śmieci powracających na Ziemię z wysokiej eliptycznej orbity, której apogeum jest w przybliżeniu 2 razy większe od odległości Księżyca od Ziemi. Obiekt WT1190F wszedł w atmosferę ziemską 13 listopada, gdzie bezpiecznie spłonął.
- Asteroida śmieci
Według naukowców ciało niebieskie zbliża się do Ziemi,ziemskiego pochodzenia. Naukowcy z amerykańskiej Narodowej Agencji Kosmicznej zauważają, że ciało niebieskie sztucznego pochodzenia zbliży się do Ziemi na odległość równą 10% odległości Ziemi od Księżyca. Stało się to znane na początku lutego 2021 r.
Amerykańska Narodowa Agencja Kosmicznarozpoznał „asteroidę” jako fragment rakiety nośnej Centaur z misji Surveyor 2. Śmieci kosmiczne stały się sztucznym satelitą naszej planety, uwięzionym przez grawitację. Naukowcy po przeprowadzeniu modelowania odkryli, że fragment rakiety wkrótce opuści orbitę Ziemi, podchodząc niezwykle blisko.
Warto zauważyć, że sztuczna asteroida lata w kosmosie od dawna, odkąd Surveyor 2 został zwodowany w 1966 roku. Naukowcy nie dowiedzieli się jeszcze, czy rzeczywiście tak jest.
Metody czyszczenia i niszczenia śmieci kosmicznych
Skuteczne, praktyczne środki zniszczeniaŚmieci kosmiczne na orbitach o długości ponad 600 km (gdzie nie ma to wpływu na oczyszczający wpływ hamowania na atmosferę) nie zostały jeszcze zagospodarowane na obecnym poziomie rozwoju technologicznego ludzkości.
Rozważano także projekty satelitarne,odparowanie gruzu za pomocą silnej wiązki lasera lub zmiana ich orbity za pomocą wiązek jonów, co powinno spowolnić wnikanie gruzu do atmosfery z częściowym lub całkowitym spalaniem w niej lub w przypadku urządzeń na orbicie geostacjonarnej przenieść je do zakopania orbitę, albo lasery naziemne (miotła laserowa), albo urządzenie, które będzie zbierać odpady do dalszego przetwarzania.
Jednocześnie pilność zadania zapewnieniarośnie bezpieczeństwo lotów kosmicznych w warunkach zanieczyszczenia technogenicznego przestrzeni bliskiej ziemi (OKP) oraz zmniejszenie zagrożenia dla obiektów na Ziemi w przypadku niekontrolowanego wejścia obiektów kosmicznych do gęstych warstw atmosfery i ich upadku na Ziemię szybko.
Międzynarodowa współpraca w celu rozwiązania problemu śmieci kosmicznych rozwija się w następujących priorytetowych obszarach:
- Monitoring środowiska OKP, w tym rejon orbity geostacjonarnej (GSO): obserwacja „śmieci kosmicznych” i prowadzenie katalogu obiektów „śmieci kosmicznych”.
- Matematyczne modelowanie „przestrzenigruzu ”oraz stworzenie międzynarodowych systemów informatycznych do przewidywania szczątków KPK i ich niebezpieczeństwa dla lotów kosmicznych, a także wsparcie informacyjne dla zdarzeń niebezpiecznego zbliżania się SO i ich niekontrolowanego wejścia do gęstych warstw atmosfery.
- Opracowanie metod i środków ochrony pojazdów kosmicznych przed uderzeniem szybko poruszających się cząstek „śmieci kosmicznych”.
- Opracowanie i wdrożenie działań mających na celu zmniejszenie skażenia obszaru odpadów.
Wyszukiwanie i śledzenie kosmicznych śmieci
Istnieje wiele narzędzi do monitorowania orbit okołoziemskich w celu wyszukiwania znajdujących się na nich obiektów. Można je podzielić na radarowe i optyczne.
Można również wykrywać obiekty orbitalnedodatkowa funkcja uniwersalnych narzędzi eksploracji kosmosu czy systemów obronnych. Istnieje wiele specjalistycznych narzędzi.
ZSRR i USA stworzyły potężne narzędzia do śledzenia przestrzeni kosmicznej. Istnieje również szereg specjalistycznych instrumentów w Europie i innych krajach.
Istnieje wiele krajowych programów śledzenia obiektów bliskich Ziemi i łagodzenia skutków śmieci kosmicznych. W celu koordynowania ich działań utworzono Międzyagencyjny Komitet Koordynacyjny ds. Odpadów Kosmicznych.
- Silnik jodowy
Niewielka, ale potencjalnie użyteczna innowacja mogłaby pomóc w oczyszczeniu nieba ze śmieci kosmicznych: umożliwiłaby małym satelitom tanią i łatwą samozniszczenie po zakończeniu misji.
Technologia wykorzystuje nowe paliwo - jod - wsilnik elektryczny, który kontroluje wysokość satelity nad Ziemią. Jod jest tańszy i wykorzystuje prostsze technologie niż tradycyjne paliwa. W przeciwieństwie do wielu tradycyjnych paliw rakietowych, jod jest nietoksyczny i pozostaje w stanie stałym w temperaturze i ciśnieniu pokojowym. Dzięki temu praca na Ziemi jest łatwiejsza i tańsza.
Po podgrzaniu zamienia się w gaz bez przechodzeniaprzez fazę ciekłą, dzięki czemu idealnie nadaje się do prostego układu napędowego. Ponadto jest gęstszy niż tradycyjne paliwo, dzięki czemu zajmuje mniej miejsca na pokładzie satelity.
- Śmieciarka statków kosmicznych
Rosyjscy naukowcy zaproponowali oczyszczenie niskiej orbity Ziemi za pomocą statku kosmicznego. Na pokładzie znajdują się specjalne moduły z silnikami.
Moduły te zostaną dołączone do obiektówśmieci kosmiczne i usuń je. Naukowcy twierdzą, że jeśli chodzi o orbitę geostacjonarną, preferowanym sposobem jej oczyszczenia byłoby holowanie statku kosmicznego.
Jego zadaniem jest transportowanie obiektów kosmicznego gruzu na „orbitę destrukcyjną” (600 km wysokości, gdzie obiekty są stopniowo niszczone od uderzenia w atmosferę).
Proponowany montaż statku kosmicznegodo czyszczenia orbit okołoziemskich, ma długość 11,5 m, średnicę 3 m i wagę nieco ponad 4 ton. Taki kolektor może pomieścić od 8 do 12 modułów z silnikami na pokładzie.
Do przeniesienia stopni statku pasażerskiego potrzeba od 50 do 70 kg paliwa, do transportu stopnia Zenit-2 o wadze 9 ton - około 350. Całkowita waga takiego montera na początku wyniesie od 8 do 12 mnóstwo.
Nowoczesne akceleratory mogą to łatwo wywnioskowaćładunek na dowolną orbitę do 1000 km. Po wyczerpaniu się modułów kolektor dołączy do ostatniego stopnia dopalacza, przeniesie się z nim w górną atmosferę i spali.
- Japoński startup do sprzątania śmieci
Japoński startup planuje uruchomić urządzenia, które będą znajdować i usuwać śmieci kosmiczne od marca 2021 roku. Jeśli wszystko pójdzie dobrze, wyślą pełną misję.
Japoński startup Astroscale wysłał swój statek kosmiczny ELSA-d na kosmodrom Bajkonur w Kazachstanie. Tam inżynierowie zintegrują go z rakietą Sojuz, której start zaplanowano na marzec 2021 roku.
Firma zauważyła, że jest to najważniejszy lot dlaponieważ jest to pierwsza demonstracja technologii usuwania zanieczyszczeń, która jest kluczowym zagadnieniem w zrównoważeniu działań kosmicznych.
Niewielkich rozmiarów urządzenie zademonstruje kluczowe technologie: celowanie, które pomoże zlokalizować śmieci za pomocą czujnika celu opartego na GPS.
Dane te zostaną wykorzystane przez tak zwanego satelitę „usługowego”, który może przechwycić fragment kosmicznych śmieci.
Czytaj więcej
Spójrz na 8 bilionów pikseli obrazu Marsa
Naukowcy opracowali substytut teorii względności. Jaka jest istota „teorii wszystkiego”?
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić