Віртуальна аерокосмічна школа

 





Космiчнi апарати

 

АНАЛИЗ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА

А.B. Хитько, П.Г. Хорольский, В А. Безуглый,

НИИ энергетики ДНУ им. Олеся Гончара

   

   Космический мусор - это все искусственные объекты в космосе, которые уже не функционируют, но могут представлять опасность для работающих космических аппаратов (КА), космических кораблей (КК) и их экипажей.

КМ условно разделяется на крупный и мелкий. Крупный КМ имеет размеры более 10 см и может обнаруживаться наземными средствами слежения как радиолокационными, так и оптическими. К крупному КМ относятся: верхние ступени ракет космического назначения (РКН), разгонные блоки (РБ), КА. Крупный КМ каталогизируется по данным служб наблюдения США, РФ и Европы. Мелкий КМ имеет размеры менее 10 см и представляет собой операционные элементы и фрагменты разрушений крупного КМ. Он обнаруживается только по непосредственному воздействию на космический объект.


По состоянию на 2 августа 2007 года каталогизировано 12146 объектов, находящихся на околоземных орбитах (рис. 1) [1].

 

 

 

Принадлежность каталогизированных объектов к странам следующая [1]:

  • США-4194;
  • РФ (СССР) - 4274;
  • Франция - 362;
  • Китай - 2475;
  • Индия - 139;
  • Япония -176;
  • Европа - 72;
  • другие-454.

Состав каталогизированных объектов следующий [1]:

  • КА - 25,2%;
  • ступени РКН и РБ - 12,9%;
  • операционные элементы - 12,3%;
  • фрагменты разрушений - 47,7%;
  • другие - 1,9%.

В основном КМ сконцентрирован на низких орбитах и в окрестности геостационарной орбиты (ГСО).

На высотах до 500 км за счёт аэродинамического торможения КМ быстро сходит в плотные слои атмосферы. Наибольшая концентрация КМ на низкой орбите наблюдается на высотах от 700 до 1200 км (рис. 2,3,4,5). Это объясняется тем, что эти высоты наиболее приемлемы для КА дистанционного зондирования Земли, связи и т.д. Поскольку данные КА не оборудованы средствами увода, то наблюдается возрастание концентрации крупного и мелкого КМ на данных высотах. При этом для мелкого КМ значения концентрации определяются исходя из математических моделей.

 

Продолжение следует...

 

 

 

 

АНАЛИЗ МЕТОДОВ БОРЬБЫ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ОКОЛОЗЕМНОГО КОСМИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ТЕХНОГЕННЫМИ КОСМИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ

 

П.Г. Хоролъский, В А. Безуглый,

НИИ энергетики ДНУ им. Олеся Гончара, г. Днепропетровск

 

 

  Космический мусор - это все искусственные объекты в космосе, которые уже не функционируют, но могут представлять опасность для работающих космических аппаратов (КА), космических кораблей (КК) и их экипажей.

КМ условно разделяется на крупный и мелкий. Крупный КМ имеет размеры более 10 см и может обнаруживаться наземными средствами слежения как радиолокационными, так и оптическими. К крупному КМ относятся: верхние ступени ракет космического назначения (РКН), разгонные блоки (РБ), КА. Крупный КМ каталогизируется по данным служб наблюдения США, РФ и Европы. Мелкий КМ имеет размеры менее 10 см и представляет собой операционные элементы и фрагменты разрушений крупного КМ. Он обнаруживается только по непосредственному воздействию на космический объект.

По состоянию на 2 августа 2007 года каталогизировано 12146 объектов, находящихся на околоземных орбитах [1].

Впервые проблема техногенного загрязнения околоземного космического пространства возникла в 60-х годах XX века во время реализации пилотируемых космических программ [1].

Актуальность проблемы КМ стала возрастать по мере увеличения на околоземных орбитах количества нефункционирующих КА, РБ, последних ступеней РКН. Это в свою очередь привело к увеличению количества мелкого КМ, образовавшегося при взрывах или столкновениях крупных объектов. При определённых условиях это может привести к лавинообразному увеличению количества КМ [1,3].

Основные технические средства по обнаружению и слежению за КМ находятся в распоряжении США и России. При этом используются как радиолокационные, так и оптические средства. Они позволяют обнаруживать объекты в несколько миллиметров, находящиеся на низких орбитах и более одного метра - на ГСО. Кроме того для оценки характеристик мелкого КМ, который не может быть обнаружен наземными средствами используются специальные КА [1, 3].

 

 

Для координации действий по проблеме борьбы с КМ существует межагенственный координационный комитет по космическому мусору (Inter- Agency Space Debris Coordination Committee - IADC), в состав которого входит 14 космических агентств, в том числе и Украины [4]. С 1979 года в составе NASA работает Управление по космическому мусору (Orbital Debris Program Office - ODPO) [5]. Проблема KM находится на контроле в комитете ООН по мирному использованию космического пространства.

В целом борьба с КМ направлена на уменьшение крупного и мелкого КМ в зонах нахождения функционирующих объектов. Для низких орбит эта зона представляет собой область, нижняя граница которой совпадает с верхней границей нижней атмосферы Земли, а верхняя находится на высоте 2000 км. Для ГСО эта зона представляет собой область, нижняя граница которой расположена ниже ГСО на 200 км, верхняя - выше ГСО на 200 км и на широтах от-15° до +15° [3].

Начиная с 80-х годов отмечается появление предложений по методам и средствам для борьбы с КМ.

Существует два направления борьбы с КМ:

  • предотвращение появления нового КМ;
  • утилизация уже существующего КМ.

Предотвращение появления нового КМ заключается в проведение следующих мероприятий [3, 6]:

  • Пассивации последних ступеней РКН, РБ и КА. Заключается в стравливании компонентов топлива и газа наддува; консервации химических источников тока; деактивации пиротехнических устройств. Данное мероприятие позволяет свести к минимуму вероятность взрыва, который может привести к образованию большого количества мелкого КМ.
  • Ограничения количества операционных элементов, (заглушки, пиротехнические устройства и т.д.) отделяемых от последних ступеней РКН, РБ, КА в процессе их штатной работы.
  • Ограничения срока баллистического существования последних ступеней РКН, РБ и КА 25 годами. Данное мероприятие осуществляется путём выбора орбиты или размещения на борту средств увода с целевой орбиты.
  • Увода последних ступеней РКН, РБ и КА на орбиты захоронения. Для низкоорбитальных объектов орбита захоронения расположена выше 2000 км. Для геостационарных объектов - выше ГСО на 200 км.
  • Исключения столкновений крупногабаритных объектов между собой. Реализуется либо путём выбора целевой орбиты либо путём маневрирования средствами функционирующих объектов.

 

Для утилизации крупного КМ принципиально возможны следующие способы:

 

  • управляемое сведение КМ в атмосферу Земли, где происходит его полное либо частичное сгорание;
  • перевод КМ на орбиту захоронения;
  • прямое изъятие КМ с орбиты на Землю многоразовыми космическими кораблями (КК) типа «Спейс Шаттл».

Для утилизации мелкого КМ принципиально возможны следующие способы:

  • торможение КМ с последующим полным сгоранием в земной атмосфере;
  • захват КМ с последующим переводом на орбиту захоронения или сведением в плотные слои атмосферы Земли;
  • прямое уничтожение.

Выявлены следующие предложения по утилизации крупного КМ:

  • Использование космического мусоросборщика (КМС) для захвата КМ и перевода его на орбиту захоронения. Для маневрирования могут быть использованы различные средства:

химические двигатели [7];

«солнечный парус»; аэродинамическая система; электродинамическая система [8].

  • Использование КМС для захвата КМ и его управляемого сведения в плотные слои атмосферы Земли. Для маневрирования также возможны различные средства:

химические двигатели [7];

«солнечный парус»; аэродинамическая система; электродинамическая система [8].

  • Использование многоразовых транспортных КК типа «Спейс Шаттл». Позволяет эффективно осуществить захват КМ и его доставку на Землю. Недостатком является высокая стоимость и ограничения по орбите. Кроме того после 2010 года эксплуатация МТКК «Спейс Шаттл» не предполагается.
  • Использование тонкостенных конструкций, при столкновении с которыми происходит разрушении КМ с последующим сгоранием его фрагментов в атмосфере Земли [9]. Однако часть фрагментов разрушения останется на орбите, что приведёт к увеличению количества мелкого КМ, что неприемлимо.


Использование лазера [10], с помощью которого предлагается сводить крупный КМ в плотные слои атмосферы за счёт создания реактивной силы при сублимации вещества КМ под воздействием лазерного излучения. Возможно использование как лазера наземного базирования так и космического. На сегоднешний день существует экспериментальный образец наземного лазера.

 

Продолжение следует...


 

1
2