Вадим Романов

Мусор преграждает путь в Космос

Сокращения

В настоящем издании применены следующие сокращения:

КА — космический аппарат;

КК — космический комплекс;

ДУ — двигательная установка:

КМ — космический мусор;

КО — космический объект;

КРТ — компонент ракетного топлива;

КТ — космическая техника;

ОКП — околоземное космическое пространство;

ОС — окружающая среда;

РК — ракетный комплекс;

РКД — ракетно-космическая деятельность;

РКТ — ракетно-космическая техника;

РАО— радиоактивные отходы;

PH — ракета-носитель;

РБ — разгонные блоки;

РТ — ракетная техника;

а. е. — астрономическая единица;

ЕКА — Европейское космическое агентство;

GEO — геостационарная орбита;

ECO — геостационарная орбита;

ВЭО — высокоэллиптическая орбита;

LEO— низкая земная орбита;

НОО — низкие околоземные орбиты;

ООН — Организация объединённых наций.

Введение

Нет ни мира, ни покоя, если путь греха избрал,

Ты своею же рукою сам себя и наказал:

Обратись всем сердцем к Богу, скорбь свою Ему излей,

И на новую дорогу обратись, мой друг, скорей.

По материалам “Библейского радиокласса”— “Хлеб наш насущный”

Потребности человечества в освоении космического пространства определяются необходимостью контроля за использованием природных ресурсов планеты, в обеспечении глобальности телекоммуникаций, навигации, мониторинга земной поверхности, воздушного и космического пространства. Космические средства имеют важнейшее значение в создании единого информационного пространства отдельных государств и всей цивилизации. Без присутствия космической техники в околоземном пространстве уже невозможно эффективное использование транспорта, развитие науки и образования, нельзя обеспечить надёжность и достоверность гидрометеорологических прогнозов и долгосрочное прогнозирование стихийных бедствий.

В XXI веке космическая деятельность аккумулирует передовые достижения науки и техники, стимулирует создание высокоэффективных технологий для производства продукции, конкурентоспособной на мировом рынке. Освоение и использование ОКП занимает ключевое место в геополитике и является одним из факторов, определяющих статус страны, способствует обеспечению её национальной безопасности, экономическому, научному и социальному развитию. Кроме того, космические военные средства являются важнейшей составляющей оборонного потенциала стран, обладающих доступом в ОКП и в большой Космос. Иными словами, без присутствия человека в ближнем и дальнем Космосе развитие цивилизации стало немыслимым. И всё это огромное, правильнее сказать, необозримое количество проблем и задач, политических, социальных и технических решений может быть остановлено некстати появившемся на «небосклоне» тривиальным мусором!

Что же происходит в околоземном космическом пространстве и как получилось, что факт возможной его блокировки мусором стал неожиданным, а человечество неготовым к этому вызову?

В настоящее время вокруг Земли вращается более 600 тыс. рукотворных объектов диаметром более 1 см. По данным Европейского космического агентства (ЕКА), 41 % составляют различные обломки, потерянные инструменты и т. п., 22 % — это отработавшие свой срок космические аппараты, 13 % от общего числа составляют следы различных экспериментов и научных проектов, 7 % — части ракет-носителей. В то же время на функционирующие космические аппараты приходится только 7 % огромного количества отходов, связанных с освоением Космоса человечеством. Получается, что 93 % объектов, вращающихся вокруг Земли, — это бесполезный и опасный мусор, разбросанный по различным орбитам. Причём удалить его одномоментно или за небольшое время из околоземного космического пространства невозможно. Взорвав мусор в ОКП, мы не уничтожим его, а лишь увеличим его количество в виде более мелких фрагментов.

Избавление от космического и орбитального техногенного мусора возможно только при его сгорании в атмосфере. По расчётам учёных, в течение нескольких лет спуститься до её уровня могут объекты, расположенные на высоте ниже 600 км. Расположенному на высотах ~800 км мусору на это требуется десятилетия, а искусственным объектам на высотах от тысячи километров и выше — сотни лет. В создавшейся ситуации мусор закрывает дорогу в Космос. Для решения этой проблемы необходимы научные исследования и изучение мусорного феномена, начало которым было заложено экскретологией — наукой о продуктах конечного выделения природы и человеческого общества [1]. В первую очередь необходимо определиться в терминологии, тогда можно надеяться на возможность научного определения изучаемых объектов, исключающую их неоднозначную трактовку и понимание.

В природоохранной, а точнее сказать в экскретологической деятельности сложилась ситуация, когда специалисты различных областей знаний понимают первичные определения неодинаково — одни очень узко, другие чрезмерно широко, произвольно заменяя одни объекты другими. Это относится к таким экскретам как отходы, отбросы и мусор. А ведь необходимо, — "чтобы новые определения согласовались с теми, которые положены в основу науки, и чтобы одинаковые термины сохраняли всегда один смысл". Иначе о какой "основе" и о какой "науке" вообще может идти речь? Узкие специалисты не понимают друг друга, они не имеют общего для всех языка. Он раздроблен на множество течений, учений и школ и применяется узковедомственно. Такого беспорядка нет даже в астрологии, которую немногие признают за науку. В разных публицистических и научных изданиях авторы одни и те же объекты называют то мусором, то отходами, то отбросами. Понятие мусора в справочниках найти непросто, а если оно там приведено, то путано и противоречиво [1].

Возникла парадоксальная ситуация — отбросы, мусор, мусорные свалки и полигоны есть, а самих этих объектов как бы и нет! Они присутствуют только в некоторых словосочетаниях (например, мусороприёмник, мусоровоз, космический мусор) или в просторечии. Нет таких определений, как мы выяснили ранее, и в научной справочной литературе.

В Большой Медицинской Энциклопедии [42] также всё, от чего избавляется человек в процессе жизнедеятельности «свалено в кучу», но называются эти объекты не отходами, как в российских федеральных законах, а отбросами.

Подробно этот вопрос обсуждается в нашей книге [1], где предлагается логически непротиворечивая терминология мусорных объектов на основе понятия экскретов.

Что касается космонавтики и смежных с ней областей знаний, то авторы многих изданий используют понятие «космического мусора» к любым вышедшим из строя техногенным объектам, их фрагментам и разрушенным при авариях изделиям и частицам. Например, в Национальном стандарте «Изделия космической техники» (ГОСТ Р 52925-2008)» [43] в разделе 3.7 космический мусор определяется так: «Все находящиеся на околоземной орбите космические объекты искусственного происхождения (включая фрагменты или части таких объектов), которые закончили своё активное функционирование». Это определение нуждается в уточнении, так как к Космосу эти объекты никакого отношения не имеют и должны быть отнесены либо к отходам, либо к техногенному мусору. В разделе 6 Федерального ГОСТа [43], кроме того, используется понятие «твёрдого мусора». Что это такое, в этом документе не разъясняется…

Основным результатом этой книги является не столько космическая научная и познавательная её направленность, а в первую очередь выяснение феномена орбитальных мусорных объектов. Всё, что бездумно называют «космическим мусором», на самом деле следует подразделить на совершенно разные объекты — разные как в физическом, так и в функциональном планах. В первом разделе книги даются понятия и определения объектов, используемых в экскретологии. Вопросы классификации орбитальных экскретов на орбитальные отходы, орбитальный техногенный мусор, орбитальные отбросы и орбитальный космический мусор приведено в разделах 2–6 нашей книги.

В седьмом разделе книги на основе литературных данных обсуждаются возможности и способы избавления от орбитальных мусорных экскретов.

Последний восьмой раздел книги посвящён рассмотрению и анализу кризиса космонавтики, который может наступить при сохранении прежних принципов и методов освоения космического пространства. В приложениях к книге приводятся данные о экскретах и порождаемых ими проблемах, а также выдержки из «Национального стандарта» по требованиям к космическим средствам ограничения техногенного засорения ОКП. Краткий тематический словарь поможет разобраться в разнообразных терминах и определениях, а многочисленные иллюстрации зримо представить, недоступную для обозрения на поверхности Земли космическую технику.

1. Понятия и определения, используемые в экскретологии

Экскретология как наука, изучающая преобразования с продуктами выделений и отторжений общества и природы, к настоящему времени ещё полностью не сформировалась, поэтому вопросы терминологии являются чрезвычайно важными. Ниже приведены кратко основные понятия и определения, используемые в «мусорном» блоке экскретологии.

Ввиду особой актуальности и важности отходов, отбросов и мусора для жизни общества этот блок требует отдельного рассмотрения (выделен пунктиром на Рис. 1.1.). Изучению объектов этого блока применительно к объектам космонавтики, в сущности, и посвящена наша книга.

Более детально, с разделением на природные и антропогенные, сведения об экскретах приведены в нашей книге «Начала экскретологии» [1].

Экскретология и экскреты

Экскретология (от латинского excretum — выделенное) — наука о выделениях и отторжениях, выбросах, потерях и удалениях антропогенных (связанных с человеком и его деятельностью) и природных объектов, их возникновении, трансформации, возможной утилизации, использовании и уничтожении. Такими объектами — экскретами — являются конечные продукты деятельности человека и других живых организмов, а также вещества и продукты, возникающие при различных — как правило экстремальных — природных процессах. Рассматриваются материальные объекты в виде физических тел. О нематериальных экскретах смотри в Приложении книги [1].

Рис. 1.1. Схема классификации выделяемых природой и обществом объектов как составных частей экскретологии. «Мусорный» блок экскретов выделен пунктиром

В широком смысле экскретами являются любые естественно-природные и антропогенные объекты, закончившие свой жизненный цикл, выделенные и/или отторгнутые организмами (в том числе и общественными), выбрасываемые за ненадобностью или уничтожаемые каким-нибудь способом.

В справочной литературе (например, в словаре русского языка Д. Н. Ушакова [2]) понятие отторжения определяется так:

«Отторгать —, отторгнуть что от чего, оторвать, отделить дергая, порвав; отодрать, отнять силою». В нашей книге процесс отторжения трактуется более расширенно и предполагает:

а). для живых организмов — выделение, отделение и изоляцию от привычных биогеоценозов в том числе со смертельным исходом;

б). для неорганических объектов — выделение, отделение, изоляцию от первоначального физического тела, потерю или выбрасывание, деструкцию или уничтожение.

Классификации выделяемых природой и обществом объектов как составных частей экскретологии представлена на схеме Рис. 1.1.

Элементы экскретологии — это отходы, мусор, отбросы, а также утраты, находки и потери, виктимы и девиаты. В этом разделе книги выясняется какой смысл вкладывается в определение этих объектов.

Можно сказать, что экскретами являются все материальные объекты природных сред и человеческого общества, отслужившие «свой срок», закончившие жизненный цикл или появившиеся (возникшие) при деструктивных, катаклизменных или катастрофических явлениях.

Классификация экскретов по принадлежности к природным или антропогенным приведена на схеме Рис. 1.2. Подробно о «немусорных» экскретах: потерях, находках, виктимах, утратах и девиатах можно прочитать в нашей книге [1].

Рис. 1.2. Схема классификации экскретов по принадлежности к природным или антропогенным

Отходы

Часто не только на бытовом уровне, но и в публикациях отходы отождествляют с мусором, что приводит к путанице и неразберихе.

Понятие отходов является базовым не только для экскретологии, но и для смежных наук, посвящённых охране и защите природы, тем важнее дать ему правильное и однозначное определение. В политехническом словаре [3] отходы производства определены как остатки основных и вспомогательных материалов, образующиеся в производственном процессе. Такое толкование понятия отходов слишком узкое. Оно не включает в себя возможные непроизводственные отходы: бытовые, сельскохозяйственные, медицинские и отходы многих других сфер приложения человеческого труда.

Более общее и расширенное определение этого понятия даётся в словаре-справочнике [4]:

— Отходы — непригодные для производства данной продукции виды сырья, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества (твёрдые, жидкие, газообразные) и энергия, не подвергающиеся утилизации в рассматриваемом производстве (в том числе с.-х. и в строительстве). Отходы одного производства могут служить сырьём для другого. Как правило, в категорию отходов не включают природные вещества, неявно используемые в технологических циклах, — воздух, его кислород, проходящую «транзитом» воду и т. п. Нередко не учитываются и энергетические отходы…

Приведённое выше определение заранее предполагает наличие некоторого производственного процесса и не охватывает другие области человеческой деятельности. Например, для бытовых отходов можно использовать следующее определение.

Отходы — произведённые человеком вещества, тела, продукты и объекты, потерявшие потребительские свойства и не пригодные для использования по прямому назначению. Однако это не означает, что их нельзя использовать для каких-нибудь других целей, например, утилизируя ценные компоненты или вещества.

Востребованные отходы — вторичное сырьё.

Невостребованные отходы представляют собой ненужный хлам, отправляются на свалку или уничтожаются.

Мусор

В справочной литературе понятие мусора вероятно из-за его многоликости и сложной идентификации даётся крайне редко; в словаре-справочнике [4] он определяется так:

«Мусор — совокупность твёрдых бытовых отходов и отбросов, образующихся в бытовых условиях. Синоним: твёрдые бытовые отходы. Мусор включает стекло, металлы, кости, дерево, бумагу и пр.».

Такое же определение имеется и в словаре [5].

При критическом рассмотрении это определение не выдерживает ни какой критики, тем не менее оно получило широкое повсеместное распространение и имеет аббревиатуру ТБО. Не понятно, почему мусор — только бытовые отходы, и о какой «твёрдости» может идти речь, когда видишь на мусорке тряпьё, ветошь, пластиковые плёнки и другие совсем не жёсткие выброшенные предметы и вещи. Кроме того, не любая совокупность твёрдых бытовых отходов является мусором — некоторые после «доработки» успешно используются в хозяйстве, а биологические отходы могут быть утилизированы и превращены в ценное удобрение.

На бытовом уровне мусор определяют как отбросы, сор [6]. Отброс — негодный остаток чего-нибудь, сор — мелкие сухие отбросы, мелкий мусор [там же].

В общем случае мусором могут быть названы произведённые человеком твёрдые или условно твёрдые предметы, вещества, продукты, потерявшие потребительские свойства и невостребованные отходы, выбрасываемые или уничтожаемые им за ненадобностью, а также твёрдые или условно твёрдые предметы, вещества, продукты, возникающие в природных средах после разрушения её объектов при катаклизмах, катастрофах или авариях, захламляющие, загрязняющие или отравляющие природные среды, нарушающие нормальную (установившуюся) жизнь биологических объектов.

Понятие твёрдого или условно твёрдого предмета, вещества или продукта в этом определении означает, что рассматриваемые объекты не жидкие и не газообразные, а относятся к твёрдой фазе. Твёрдое тело характеризует агрегатное состояние вещества со стабильностью формы в виде кристаллических или аморфных объектов [7], а понятие твёрдости характеризует сопротивляемость вдавливанию или царапанию [8]. Строго говоря, любое тело при достаточном охлаждении становится твёрдым.

При нормальных условиях примерами твёрдых тел могут быть металлы, соединения металлов с неметаллами (металлиды), некоторые минералы. Примерами твёрдых аморфных тел служат стекло и изделия из него, янтарь, смолы, битумы и полимеры [7]. При экскретологических исследованиях наряду с понятием твёрдого тела целесообразно использовать понятие условнотвёрдого тела как мерило содержания в нём влаги (в основном воды). На практике именно водность (влажность) выбросов является определяющей характеристикой при рассмотрении их классификации и динамики в природных средах.

Влажность определяется как отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале, к массе (реже к объёму) материала в сухом состоянии и выражается в процентах. При этом массу материала берут в естественном влажном, а не в насыщенном водой состоянии.

Вычисляют массовую влажность Wm и объёмную W_0 по формулам (%):

Wm=((m_2-m_1)/m_1) × 100;

W_0=((m_2-m_1)/V) × 100,

где

m_1 и m_2 — масса материала соответственно в сухом и насыщенном водой состоянии, [г];

V— объём материала в сухом состоянии, [см^3].

Понятие условнотвёрдого тела можно конкретизировать применительно к мусору, произведённому человеком — антропогенному мусору, и возникающему в природе — естественно-природному мусору или сокращённо природному мусору. Подробно эти вопросы рассмотрены в разделах 2.1.3. и 2.2.2. нашей книги [1].

Антропогенный мусор, как правило, имеет сложный состав, то есть является гетерогенной смесью. Он состоит в основном из твёрдых веществ с некоторыми количествами жидкостей и газов. Они представлены в объёме выброса в разных долях и комбинациях. Природный мусор часто однороден и может моделироваться гомогенным выбросом.

В природные среды отходы, отбросы и мусор попадают, как правило, в виде выбросов, в которых загрязняющие вещества представляют собой смесь твёрдых тел, жидкостей и газов. Характеристикой, определяющей принадлежность выброса к объектам мусора, является, очевидно, степень его «твёрдости», то есть доля твёрдого вещества в нём. Опишем эту характеристику математически [1].

В общем случае масса М компактного объёма разнофазной смеси загрязняющих веществ выброса может быть записана в следующем виде:

М = Мт + Мж + Мг, (1)

где

Мт, Мж, Мг — соответственно, масса твёрдой, жидкой и газообразной его составляющих.

Вводя массовые концентрации отдельных фракций выброса с помощью выражений:

α = Мт/М;

β = Мж/М;

γ = Мг/М,

можно формулу (1) представить так:

1 = α + β + γ.

Откуда выражение для доли твёрдой фазы в выбросе записывается в следующем окончательном виде:

α=1-β-γ. (2).

При получении этих соотношений предполагалось, что выброс представляет собой компактный объём с примерно равномерным распределением в нём различных компонентов, а его газовая составляющая γ — это смесь воздуха с газами, выделяющимися из твёрдой и жидкой фаз.

Соотношения параметрова, β и γ в каждом конкретном выбросе загрязняющих веществ определяют его плотность («твёрдость») и следовательно принадлежность к одной из трёх категорий мусорных отходов: твёрдым, жидким или полужидким. Причём, объект является мусорным при

α ≥ α*,

где

α* — критическое значение массовой плотности загрязняющего выброса, задаваемое из физических или технологических соображений.

Необходимо отметить, что из-за слабой разработанности экскретной тематики в нашей стране эти термины нельзя считать устоявшимися и имеющими конкретные числовые значения. Для примера можно рассмотреть состояние этого вопроса в одной из наиболее «продвинутых в мусорном отношении» стран — в США, где традиционно используется классификация мусора на основе различных числовых значений записанных выше параметров.

При рассмотрении выбросов загрязняющих веществ в виде смесей твёрдых тел и жидкостей "твёрдыми отходамиАзоИй waste\ в США считаются «материалы, содержащие менее 70 % воды» [31], то есть со значением коэффициента

β < 0,7 (α* = 0,3).

При учёте формулы (2) и значения = 0,3 приходим к соотношению, определяющему твёрдость выброса, то есть принадлежность его к мусорному объекту. Оно записывается так:

α + γ ≥ 0,3. (3)

Из соотношения (3) следует, что при массовом содержании твёрдого вещества и газов в выбросе, превосходящем 30 %, его следует причислить к «твёрдым отходам» (в России — ТБО).

Если пренебречь газовой составляющей γ (на практике почти всегда присутствие газа в твёрдофазных и жидкостных выбросах носит «следовый» характер), то есть считать, что α < 1 то, приходим к приближённой оценке «твёрдости» мусорных отходов:

α ≥ 0,3. (4)

Таблица № 1.2.

Содержания воды в физических телах при влажности окружающего воздуха 80 % [119]и соответствующие значения параметра α

«Жидкими отходами» \liquid waste\ признаются отходы, содержащие менее 1 % твёрдого вещества, то есть при

α <0,01 (β + γ > 0,9). (5)

Существуют также «полужидкие отбросы»\sludge\, содержащие от 3 % до 25 % твёрдых материалов:

0,25 ≤ а ≥ 0,03. (6)

(Неопределенность числовых значений этого параметра в диапазонах концентраций от 1 % до 3 % и от 25 % до 30 % — на совести авторов публикации [8]). Области определения параметра а представлены на рисунке 1.3.

Природный мусор универсальный и носит неизменный характер независимо от географических, метеорологических или временных характеристик исходных объектов. В отличие от него антропогенный мусор многолик, неоднозначен и носит индивидуальный характер. То, что является мусором для одного предприятия или человека, может представлять потребительский интерес для других объектов. Кроме того, такой мусор по-разному может пониматься и восприниматься в различных географических местах, в разных социальных группах и в различные исторические времена. Таким образом, строго говоря, понятие антропогенного мусора является весьма неопределённым и расплывчатым и трактуется применительно к конкретной обстановке.

Рис. 1.3. Области определения параметра «твёрдости» выброса загрязняющих веществ: I— жидкие отходы; II-полужидкие отбросы; III— твёрдые отходы (мусор).

Отбросы

Ещё одним элементом экскретологии — экскретом является понятие отброса (отбросов). Рассмотрим его содержание.

Например, в словаре-справочнике [4, 9] написано:

Отбросы: 1). Несъедобные или по другим причинам непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые на свалку;

2). неутилизируемые бытовые и с.-х. компоненты (говорят об отбросах животноводства);

3). неиспользуемые в настоящее время отходы. Правильнее говорить о бытовых отбросах, промышленных и с.-х. отходах, включая в это понятие и отходы строительства.

Приведённое выше определение отбросов получилось громоздкое, противоречивое и трудно понимаемое. Почему неутилизируемые бытовые и с.-х. компоненты — считают отбросами, а утилизируемые разве не отбросы?

Кроме того, из приведённого выше определения довольно трудно уловить общее у картофельных очисток в мусорном ведре, отбросов животноводства (например, навоза) с битым кирпичом на стройке или металлической стружкой от токарного станка. Общее у них только то, что от них хотят избавиться!

Целесообразно было бы оставить только часть формулировки работ [4, 9] об отбросах как о выбрасываемых биологических объектах. Тогда можно провести непротиворечивую классификацию мусорных объектов, обоснованно и разумно организовать их раздельный сбор и утилизацию…

Предложим понятие отбросов в широком смысле слова, а не только применительно к человеческой деятельности, учитывая наработки других литературных источников.

Отброс — «всё, что откинуто, отброшено куда по негодности» [10], негодный остаток чего-нибудь [11]. Отбросами являются, в первую очередь, продукты жизнедеятельности живых организмов. В общем случае к отбросам можно отнести:

— отходы продуктов питания при приготовлении пищи и несъедобная пища;

— отходы жизнедеятельности человека и других живых существ (кал, моча, слёзы, слизи, слюни, сопли, серные образования в ушах, выделения желез внутренней секреции, кишечные газы, выдыхаемый воздух и т. п.);

— отмершие или выпавшие роговые, хитиновые или костные образования (выпавшие зубы, волосы, перхоть, ногти, рога, копыта…);

сменяемые кожные покровы или их части (куколки при линьке насекомых, кожа при линьке пресмыкающихся, фрагменты кожи (болячки) при заживлении ран у млекопитающих;

— опадающие листья, увядшие соцветия, обломившиеся опавшие веточки и другие естественно сменяемые объекты флоры;

— погибшие естественной смертью объекты флоры и фауны (за исключением утрат).

Отбросы объектов флоры и фауны необходимы для нормального функционирования биоценозов — совокупности животных, растений и микроорганизмов, населяющих различные участки среды их обитания с примерно однородными условиями жизни. Поэтому отбросы живых организмов в среде их проживания не мусор, а важная составная часть биоценоза, вне среды их обитания отбросы на бытовом уровне рассматриваются как мусор.

Что касается антропогенной составляющей отбросов, то она соответствует определению мусора, являясь его частным случаем (фактически отбросы — это биологический мусор). Ввиду практической важности и массовости отбросов — как природных, так и связанных с деятельностью человека, — они выделены совместно с мусором в качестве отдельного экскретного элемента (смотри схему Рис. 1.1.).

Кратко отбросы можно определить так:

1). несъедобная пища и пищевые остатки;

2). продукты выделений живых организмов и их тела после естественной гибели (кроме утрат).

Отбросы являются необходимым звеном процессов существования живых организмов.

2. Мусорные экскреты в атмосфере и в околоземном космическом пространстве (ОКП)

Проблема орбитального — искусственного (техногенного) и естественного (космического) мусора является весьма близкой и актуальной для экскретологии такой динамической системы, как система «Земля-ОКП».

В первые годы освоения космического пространства вопрос о его загрязнении и влиянии этого загрязнения на земную природу вообще не ставился. Околоземная область функционирования искусственных космических объектов достаточно велика. Несмотря на то, что её объём оценивается огромной величиной ~10^14 — 10^15 км^3, активная антропогенная деятельность в последние годы стала весьма ощутимо сказываться и здесь.

Освоение околоземного космического пространства, ближнего и дальнего Космоса являются жизненно необходимыми шагами развивающейся цивилизации. Для реализации подобных амбициозных задач требуется не только наличие ракетно— космической техники, но и осознание рисков негативных воздействий, которые она может нанести биосфере планеты. В понятие «ракетно-космическая техника» обычно включают [12]:

— космодромы (технические и стартовые комплексы, заправочно-нейтрализационные станции, хранилища и т. д.);

— средства выведения — ракеты-носители (PH) и разгонные блоки (РБ);

— космические аппараты (КА) и орбитальные станции;

— районы падения отделяющихся частей;

— командно-измерительные комплексы.

Околоземное космическое пространство (ОКП) может быть определено [12] как «область вокруг Земли, физические характеристики которой отличаются от характеристик собственно межпланетного пространства в связи с влиянием Земли. К этим физическим характеристикам относятся концентрация заряженных и нейтральных частиц, их энергия и химический состав, плотность твёрдого вещества, магнитное и электрическое поля. Протяжённость ОКП над освещённой стороной Земли в направлении на Солнце 1СН-12 земных радиусов, а над ночной стороной, по-видимому, превышает расстояние до орбиты Луны. Из понятия ОКП исключается атмосфера или, по крайней мере, тропосфера, стратосфера и мезосфера. Синоним — околоземное пространство».

При изучении околоземного космического пространства как объекта экскретологии следует его рассматривать во взаимодействии с биологическим миром планеты. При этом ОКП должен рассматриваться в качестве окружающей среды для Земли, как единой глобальной экосистемы, потому что все процессы, происходящие в ОКП, в том числе и связанные с освоением Космоса, оказывают влияние на экологическое состояние Земли.

Заметим, что околоземное космическое пространство должно рассматриваться не только как несколько защитных атмосферных оболочек Земли, но и как область активной ракетно— космической деятельности. Для представителей аэрокосмической промышленности ОКП — это несколько различных орбитальных режимов, соответствующих задачам запускаемых искусственных объектов. Современные средства космической индустрии сосредоточены на нескольких наиболее часто эксплуатируемых орбитах [13]:

— орбиты пилотируемых космических аппаратов (200–400 км);

— орбиты действия автоматических космических аппаратов различного назначения (высоты 800-1000 км);

— орбиты высот 1900-20500 км, где работают многочисленные многоспутниковые навигационные системы GPS (НАСА, США), ГЛОНАСС (Российское космическое агентство), GalileoSat (Европейское Космическое Агентство);

— геостационарная орбита (36 000 км от поверхности Земли).

Постоянно повышенный интерес к этой орбите со стороны многих государств объясняется её уникальностью. Находящийся на этой круговой экваториальной орбите спутник при некоторых условиях неподвижно зависает над экватором в точке своего стояния и может круглосуточно обслуживать значительную часть земной поверхности. На этой орбите работают спутники связи, ретрансляторы, метеорологические спутники и др.

За пределы геостационарной орбиты, называемой ещё «свалкой орбитального мусора» выводятся орбитально— космические экскреты — летательные аппараты, отслужившие свой срок, с опасными грузами или по каким то другим причинам нуждающиеся в изоляции от объектов ОКП и биосферы планеты. «Орбитальная свалка» начинается в 200 км от геостационарной орбиты и простирается до орбиты Луны.

Наиболее загруженной техногенными объектами является область ОКП на высотах от 850 до 1500 км, где имеются орбиты действующих автоматических космических аппаратов различного назначения. В этой же области сосредоточено больше всего орбитальных отходов и орбитального мусора.

Атмосферный слой орбитального мусора — высоты ниже 200 км — завершает существование большинства техногенных и природных объектов ОКП. Здесь они сильно тормозятся плотной атмосферой, некоторые сгорают, другие долетают до поверхности Земли или водных объектов.

Таким образом, область активной орбитальной ракетно-космической деятельности — это высоты над поверхностью Земли от 200 км до 36 000 км (см. схему Рис. 2.1.). Сама орбитальная ракетно— космическая деятельность (ОРКД) может быть определена как деятельность, связанная с процессами доставки и использования летательных аппаратов в околоземном космическом пространстве и в Космосе.

На высотах 800-1000 км долгое время располагалась основная масса спутников с ядерными энергетическими устройствами на борту, поскольку здесь они могут существовать многие сотни лет до полного исчезновения продуктов ядерного распада.

В состав и структуру техногенного орбитального мусора входят также продукты экспериментов в космосе, попадающие после разрушения исследовательских объектов на орбиты и в конечном счёте падающие на Землю. Продукты распада вещества космических ядерных реакторов, продукты технологических и биологических экспериментов, большое число частиц окиси алюминия, попадающих в космос и верхнюю атмосферу в результате работы реактивных двигателей, остатки ракетного топлива, окислителя и т. д. [14] также пополняют собой техногенный орбитальный мусор.

Кроме того, процессы газовыделения и сублимации материалов в разреженной атмосфере полётов приводят к образованию около КА облака собственной внешней атмосферы. В её состав входят твёрдые частицы, отрывающиеся от поверхности аппарата, продукты выхлопа двигателей, газы и твёрдые частицы, попадающие в околоземное космическое пространство из внутренних отсеков КА за счёт утечек, при шлюзовании и т. д. [15].

Космический летательный аппарат оказывается окружённым локальным облаком продуктов собственных выделений. Особенно плотное облако возникает около пилотируемых объектов, так как процессы жизнедеятельности космонавтов его постоянно пополняют. Плотность собственной внешней атмосферы КА оказывается заметно выше окружающей среды — величины порядка 10 8-10"10 кг/м^3, тогда как плотность атмосферы Земли на высотах пилотируемых полетов ~10^12 кг/м^3.

Каждая из фракций антропогенного загрязнения распространяется в ОКП под действием различных процессов. Крупные фрагменты и осколки космического мусора разлетаются в ОКП по различным орбитам, создавая вокруг Земли искусственный пояс, который может существовать длительное время. Его вещество испытывает вековые возмущения вследствие аэродинамического сопротивления разреженной атмосферы, плазмы магнитосферы и солнечного ветра. Одним из существенных факторов эволюции этого пояса являются взрывы пассивных или действующих ИСЗ и их столкновения с другими ИСЗ или с орбитальным мусором. Динамика их движения описывается кеплеровскими уравнениями движения с учётом сопротивления среды и взаимных столкновений. Постепенно часть осколков, находящихся на низких орбитах, теряет высоту и сгорает в атмосфере. Наиболее крупные фрагменты могут выпасть на поверхность Земли.

Микрочастицы, образуемые в ОКП в результате взрывов, выбросов двигателей ракет-носителей, распространяются в виде некоторого относительно быстро рассеивающегося облака. На высотах 200–500 км облака таких частиц с размерами от долей микрона до сотен микронов находятся на орбите от нескольких часов до нескольких суток. Эволюция микрочастиц во многом носит статистический характер, учитывая их более высшую числовую плотность и, соответственно, более высокие вероятности взаимных столкновений. Уход их с орбиты и рассеивание в пространстве вызывается значительным атмосферным торможением.

В конечном итоге микрочастицы также попадают в плотные слои атмосферы и тормозятся. Часть из них пополняет пылевую фракцию на высотах мезосферы, другие опускаются в более низкие слои.

Следует иметь в виду, что в околоземном пространстве присутствуют не только антропогенные объекты, но и природные. Тела природного происхождения — кометы, астероиды, метеорные потоки, межпланетная пыль, потоки заряженных частиц солнечного и галактического происхождения — составляют постоянный естественный фон околоземного пространства.

Что касается техногенной составляющей экскретов в ОКП, то она представлена мусорными, отходными и отбросными объектами, концентрации которых существенно различны для разных областей и слоёв ОКП. Пространственные распределения экскретных мусорных объектов по наклонениям плоскостей их орбит к плоскости экватора Земли, а также их распределение по географической широте для фрагментов тел с диаметром > 10 см представлены на графиках рис. 2.2. и рис. 2.3.

Рис. 2.2. Пространственное распределение орбитальных мусорных экскретов

Рис. 2.3. Распределение орбитальных мусорных экскретов по высотам и наклонениям орбит

Из этих графиков видно, что относительно крупные мусорные экскреты сосредоточены в области ОКП на высотах от 200 км до 1000 км с наклонениями плоскостей орбит к плоскости экватора Земли от 60 до 90 градусов и с географическими широтами от 50 до 86 градусов.

В общем случае в понятие «Орбитально-космические мусорные экскреты» включены следующие объекты (смотри приведённую ниже Схему):

— Орбитальный техногенный мусор;

— Орбитальный космический мусор;

— Орбитальные отбросы;

— Орбитальные отходы,

— Газообразные выбросы.

Из этой схемы видно, что экскреты, появляющиеся в ОКП, связаны как с техногенными вмешательствами, так и с природными — из космического пространства.

Схема состава орбитально-космических мусорных экскретов

Дадим краткое определение этих экскретов.

Орбитально-космический мусор — объекты внеземного происхождения, появляющиеся в околоземном пространстве Земли под действием гравитации планеты, захламляющие ОКП, нарушающие работу ракетно-космической техники и жизнь биогеоценозов.

Орбитальные потенциально-сырьевые отходы — потерявшие работоспособность летательные аппараты ракетно-космической техники и их фрагменты, которые могут быть использованы в качестве сырья.

Орбитальные отбросы — продукты жизнедеятельности космонавтов в околоземном космическом пространстве.

Газообразные выбросы — газообразное «облако» продуктов, выделившихся из конструкции ЛА, возникших при выхлопе двигателей, а также просочившихся из отсеков КА. Несмотря на то, что плотность газообразной «оболочки» спутников в сотни раз превосходит плотность окружающей среды в ОКП, эти экскреты практически не влияют на орбитальное движение летательных аппаратов и поэтому они не рассматриваются в нашей книге.

Орбитальный техногенный мусор — не имеющие ценности обломки летательных аппаратов ракетно-космической техники, а также вспомогательных приборов или механизмов, их разрушенные детали и фрагменты, находящиеся в ОКП на орбитах захоронения и на входе в плотные слои атмосферы (ниже «200 км). К орбитальному техногенному мусору причисляют обломки, фрагменты и частицы объектов техногенного происхождения, которые возникают при взрывных и столкновительных авариях в ОКП. Такой орбитальный мусор может появиться в любом месте ОКП и приземной атмосферы.

Подробно поведение космических мусорных экскретов в околоземном космическом пространстве и в атмосфере планеты обсуждается в следующих пунктах этого раздела книги.

З.Орбитальные отходы

Отходы орбитальной ракетно-космической деятельности (Орбитальные отходы) как экскреты — это потерявшие работоспособность летательные аппараты ракетно-космической техники и их фрагменты, которые могут быть повторно использованы в качестве сырья. На современном уровне развития ракетно-космической техники демонтаж и повторное использование летательных аппаратов с выработанным ресурсом или повреждённых на орбите является проблематичным. Однако это не значит, что такая деятельность не будет реализована в обозримом будущем.

Летательными аппаратами ракетно-космической техники (РКТ) по определению являются средства выведения и пилотирования такой техники:

— ракеты-носители (PH);

— разгонные блоки (РБ);

— космические аппараты (КА);

— орбитальные станции.

Важно отметить, что перечисленные выше экскретные объекты должны находиться в ОКП в процессе выведения или в установившемся полёте. Отходы РКТ, возникающие при других ситуациях или в других местах, не могут рассматриваться орбитальными.

В процессе своего существования орбитальные отходы могут трансформироваться в другие экскреты, продолжая находиться в ОКП или переходя в другие природные среды планеты (приобретать статус мусора, утрат, потерь или находок).

Приведём другое определение отходов орбитальной ракетно-космической деятельности. Орбитальные отходы — это объекты в области активной ракетно-космической деятельности (200 км < Н < HGEO), потерявшие работоспособность, но имеющие ценные узлы, агрегаты или металлоконструкции, которые могут быть использованы или утилизированы. Эти объекты, как правило, представляют опасность действующим летательным аппаратам. Их в просторечии ошибочно называют «космическим мусором», хотя они к Космосу не имеют ни какого отношения, а мусором могут стать только будучи перемещёнными в нижний атмосферный слой или на свалку орбитального мусора (за орбиту HGeo +200 км).

Красиво, не правда ли? Десятки тысяч объектов: действующих спутников, их разрушенных фрагментов, деталей ракет и обломков измерительной техники, не считая метеозондов, кружатся на орбитах Земли. Такое феерическое зрелище проявилось бы, если на каждый орбитальный объект поставить фонарик.

Конечно же демонтаж и повторное использование таких объектов в настоящее время ещё не практикуется, а находится в стадии исследования и опытных разработок. Вывоз и утилизация космических отходов — весьма дорогостоящая и трудоёмкая операция, тем не менее уже сегодня этот бизнес может быть рентабельным. Об этом говорит интерес разработчиков космической техники к использованию орбитальных отходов.

Агентство по перспективным оборонным исследованиям Пентагона (DARPA) запустило программу «Феникс» (Phoenix), призванную превратить более сотни списанных спутников связи, «болтающихся» на геостационарных орбитах, в источник дорогих и уникальных частей для космической техники [16]. Авторы этого проекта предлагают некоторые узлы давно выключенных спутников использовать в новых изделиях. Разделка и утилизация отработавших аппаратов прямо в околоземном пространстве могла бы сэкономить миллионные затраты.

Высокая цена спутников связи обусловлена как стоимостью деталей, так и большими затратами на запуск аппаратов в ОКП. Между тем в списанных, выработавших ресурс сателлитах находится немало узлов, которые могли бы ещё поработать. Ныне на орбитах в виде «мёртвого» хлама крутятся в виде отходов сотни миллионов долларов. Нерационально оставлять такое богатство без дела и заново производить те же самые узлы на Земле, а потом ещё тратиться на их подъём в ОКП и в Космос.

Один из важнейших таких узлов — антенна. Она не только дорога в изготовлении, но и объёмна и немало весит, что влияет на размеры и массу ракеты-носителя и спутника, а следовательно, и на стоимость его запуска. Именно антенны призван утилизировать проект «Феникс» в первую очередь. Сердцем комплекса должен стать автоматический аппарат, условно названный tender (плавучая база). Он должен быть оснащён роботизированными руками с набором инструментов, необходимых для разделки орбитальных отходов в виде вышедших из строя спутников и орбитальных космических станций.

Сложность осуществления этого проекта состоит в неподготовленности космонавтов и техники для реализации этого амбициозного замысла. Спутники и другие летательные космические аппараты не разрабатывались в расчёте на разборку, так что орбитальному сервисмену недостаточно будет уметь откручивать гайки — ему придётся немало сверлить и резать.

В процессе демонтажа орбитальных отходов проект предусматривает наличие целого флота помощников — миниатюрных спутников PODS (payload orbital delivery system, «орбитальная система доставки нагрузки»). Эти миниатюрные аппараты должны храниться на борту «тендера», пока не понадобятся для захвата очередной антенны [16, 17].

Развитие проекта использования орбитальных отходов предполагает создание орбитальной антенной сети на базе отработавших спутников космической орбитальной «свалки».

Отмечается [18], что запуск спутников является крайне дорогостоящим и рискованным делом — полезная нагрузка по цене 20 тыс долл, за 1 кг может погибнуть при выводе его на орбиту или в результате аппаратурной неисправности. Специалисты DARPA разработали уникальную систему Phoenix, которая способна превратить мёртвые спутники общей стоимостью 300 млрд долл, в полезные массивы антенн.

Система Phoenix состоит из спутника-носителя и множества небольших микроспутников, названных Satlet. Микроспутники могут доставляться на орбиту обычными коммерческими спутниками, после достижения геостационарной орбиты спутник-носитель сможет «подрулить» к «кладбищу» космических аппаратов. После выбора на «кладбище» конкретного орбитального отхода начнётся этап отделения наиболее дорогостоящих его частей для их повторного использования. Таким образом мыслится космический хлам превращать в ценные орбитальные объекты. На завершающем этапе демонтажа орбитальных отходов к антенне прикрепятся микроспутники Satlet, которые возьмут на себя роль системы управления новой антенной. Подобные утилизированные и модифицированные антенны и космические аппараты можно собрать в антенные массивы и использовать для ретрансляции сигнала, разведки и научных наблюдений.

Бесполезные мёртвые спутники с помощью новой системы DARPA могут быть трансформированы в околоземную орбитальную антенную сеть

В DARPA основные сложности видят в демонтаже антенн спутников. Их не так просто отделить, поэтому необходимо разработать новые технологии дистанционного управления, захвата изображений и специальные робототизированные инструменты для удержания, разрезания, перемещения и монтажа антенн.

Первое испытание технологии намечается на 2015 год. Основное ограничение для работы орбитального утилизатора орбитальных отходов заключается в том, что любое оборудование в ОКП и в Космосе из соображений национальной безопасности является собственностью страны, которая его изготовила, а потому возвращать к жизни все подряд спутники не удастся. Это будет противоречить существующим нормам законов о космической деятельности, но законы могут быть изменены или разработаны новые, и тогда для утилизаторов орбитальных отходов открываются захватывающие перспективы…

Следует заметить, что прежде чем этот проект станет реальностью, исследователи должны разработать новые технологии робототехники и систем удалённой визуализации, создать механизмы захвата и отсоединения деталей спутников и ещё многое другое.

Учёные из канадского университета Квинс разрабатывают автоматическую систему ремонта и обслуживания спутников прямо на орбите. Этот проект поможет избежать лавинообразного роста орбитальных отходов и орбитального и мусора, которые начинают всё сильнее мешать нормальной работе в околоземном космическом пространстве. В основном это сломавшиеся и ставшие неуправляемые спутники и последние ступени ракет-носителей.

Группа инженеров для решения этой проблемы разработала специальную следящую систему, которая позволит автономному космическому ремонтному роботу (Autonomous Space Servicing Vehicle — ASSV) "поймать" сломавшийся спутник и отбуксировать его на борт ремонтной базы [19]. Процесс ремонта будет управляться с наземных станций.

Одной из главных трудностей является проблема поиска неисправного спутника. Для этого будет использоваться

специальное программное обеспечение и световой радар, который позволяет точно определить местонахождение спутника, его тип и отслеживать перемещения объекта.

В виде развития идеи использования в ОКП отходов ракетно-космической техники можно предложить создание на борту орбитальной ремонтной базы защитного выносного экрана. Такой экран мыслится собирать из плоских и достаточно массивных элементов РКТ типа солнечных батарей. Если разместить такой экран перед защищаемым объектом, то он способен обеспечить его безопасность при столкновении с космическим или орбитальным мусором. Вся кинетическая энергия высокоскоростного обломка или мусорной частицы будет израсходована при соударении с экраном, а защищаемый объект останется невредим. Устройство такого защитного экрана иллюстрируется рисунком 3.1.

Рис. 3.1. Схема защиты космического аппарата от орбитальных экскретов выносным экраном, собранном из орбитальных отходов: 1– КА; 2– защитный выносной экран; 3– стойки экрана; 4 — космический и орбитальный мусор

В настоящее время вокруг Земли вращаются более 600 тыс. объектов диаметром более 1 см. По данным Европейского космического агентства (ЕКА) 41 % этих объектов составляют различные обломки, потерянные инструменты и другие мелкие детали, 22 % — это отработавшие свой срок космические аппараты, 13 % от их общего числа составляют материальные «следы» различных экспериментов и научных проектов, 7 % — части ракет-носителей [20]. В то же время на функционирующие космические аппараты приходится только 7 % огромного количества летательных аппаратов ракетно-космической техники, связанных с освоением космоса человечеством. Получается, что 93 % объектов, вращающихся вокруг Земли, — это бесполезный и опасный мусор, разбросанный по различным орбитам. Причём каждый пятый орбитальный объект может квалифицироваться как орбитальный отход, то есть может представлять собой материальный и финансовый интерес.

Количество орбитальных отходов увеличивается не только с выработкой срока функционирования космических летательных аппаратов, но и из-за аварий на орбитах. Установлено множество случаев столкновения космических аппаратов с орбитальным мусором [20]. Так, частица мусора 1 см в диаметре пробила антенну телескопа "Хаббл" и вывела его из строя. Российскому спутнику "Экспресс АМН" также не повезло, — в 2006 году удар микроскопической частицы мусора повредил систему

терморегулирования, в результате чего спутник вышел из строя и на некоторое время оставил Дальний Восток без телевещания. Эти примеры и ещё множество других происшествий на орбитах говорят о уязвимости современной аэрокосмической инфраструктуры и необходимости создания службы её ремонта и наладки непосредственно на орбитах.

Современные люди слишком зависимы от GPS, мобильной связи и интернета. Космический или орбитальный мусор может спровоцировать катастрофу, угрожающую здоровью и жизни людей. Насколько она вероятна можно оценить, взглянув на некоторые цифры [20]. На высотах между 788 км и 1000 км летает около 1100 спутников и 370 тысяч частиц орбитального мусора, каждая из которых способна при столкновении вывести спутник из строя. Вероятность столкновения с достаточно крупным объектом на такой высоте составляет от 15 до 30 % на протяжении 150 лет. Пока аварийная статистика радует — спутники погибают от мусора в среднем раз в десять лет. Однако это стоит огромных финансовых затрат, которые включают бронезащиту аппаратов и постоянный мониторинг космического пространства. К сожалению, количество мусора и повреждаемых им летательных объектов растёт (в среднем на 5 % в год), и статистические данные неизбежно начнут ухудшаться.

Кроме опасности столкновений орбитальных аппаратов, ставших отходами, с функционирующей техникой есть и другая опасность некоторых орбитальных отходов — это их радиоактивность. По приблизительным оценкам сегодня на орбитах находятся более 60 космических аппаратов с радиоактивными материалами на борту, часть из которых потеряла работоспособность, то есть стала опасным экскретом. Их следовало бы демонтировать или хотя бы удалять на космическую свалку за пределы геостационарной орбиты, но это делается далеко не всегда — часто из соображений секретности или из-за отсутствия финансирования.

Опасные объекты годами «болтаются» в ОКИ, пока не создадут аварийную ситуацию. Например, в 1978 году советский шпионский спутник Космос-954 после аварийного схода с орбиты осыпал радиоактивными обломками северную часть Канады. России пришлось дорого расплачиваться с канадцами за потенциальный ущерб. С тех пор на Землю упали 9 потерявших работоспособность объектов с ядерными материалами [20].

Опасные летательные аппараты из ОКИ следует по возможности быстро демонтировать или убирать за его пределы. Идея космической изоляции РАО возникла давно [21]. Ещё в 1959 г. этот способ предлагал в нашей стране академик И. Л. Капица, а в 1972 г. в США — Д. Шлесинджер.

На Европейской конференции по ядерной энергетике в 1975 г. в Париже обсуждалось несколько общих концепций окончательного захоронения или удаления высокоактивных и альфа-излучающих радиоактивных отходов (РАО). На первое место в возможном перечне мер была поставлена концепция удаления РАО в Космос. Всё же подчеркивалось, что в нашем столетии они в основном будут захораниваться на Земле.

Уже через несколько лет НАСА и Министерство энергетики США стали разрабатывать способы удаления РАО в Космос с использованием многоразовой космической системы Спейс Шаттл. В нашей стране подобный способ начали разрабатывать в 1987 г. в ЦНИИ машиностроения.

Эти вопросы активно обсуждались на конференции [22], в которой участвовали учёные и специалисты по космической технике, ядерной энергетике России и ряда зарубежных стран. На конференции обсуждались доклады, посвященные разным аспектам космической изоляции РАО, но основной упор был сделан на технические вопросы вывода РАО в Космос.

При решении этой проблемы было решено руководствоваться следующими постулатами:

— биосфера не может ассимилировать все РАО, производимые человечеством;

— наша планета ограничена;

— Космос безграничен и его невозможно замусорить конечным количеством РАО;

— Космос агрессивен для живой материи;

— Земля ограждена от космоса атмосферой, так что из нашего «дома» мы можем выкинуть всё, что хранить в нём невозможно.

На конференции обсуждалось несколько вариантов космического удаления РАО:

— удаление на Юпитер,

— вывод за пределы Солнечной системы,

— удаление на Солнце (в том числе полеты с гравитационным маневром около Юпитера).

Заметим, что все эти варианты из-за неприемлемых в настоящее время энергетических затрат, которые требуются для разгона до необходимой скорости, возможно, будут применены лишь в отдалённой перспективе. А сейчас самый реальный вариант — это удаление РАО на гелиоцентрическую орбиту (на расстояние от Земли в 1,2 а. е., между орбитами Земли и Марса). Для этого предполагается создать сборочно-эксплуатационный центр на околоземной орбите. В этом центре орбитальные отходы будут демонтироваться и подготавливаться к транспортировке. Возможные варианты избавления от радиоактивных орбитальных отходов приводятся на схемах рисунка 3.2.

Большое внимание на конференции привлекли вопросы надёжности и безопасности удаления РАО в Космос. Выступающие доказывали, что современное развитие космической техники обеспечивает приемлемый уровень риска — в основном за счёт высокой надежности капсулы и контейнера с РАО. Выступавшие согласились, что космическая изоляция РАО — это не альтернативный способ, а дополняющий захоронение в геологических формациях. Удалять необходимо лишь самые опасные и долгоживущие изотопы (с периодом полураспада в тысячи и миллионы лет): нептуний, америций, кюрий, цирконий, технеций и иод. Эти изотопы составляют меньше 1 % от всей массы высокоактивных РАО, полученных в результате деятельности атомных электростанций.

Конференция постановила, что космическую изоляцию РАО необходимо проводить в международных рамках. Россия даёт около 10 % всех полученных в мире долгоживущих и особо опасных РАО, поэтому и финансирование проекта должно быть пропорциональным. Понятно, что одно государство не в состоянии финансировать весь комплекс мероприятий по удалению РАО в Космос. И наконец, космодром для проведения таких работ целесообразнее размещать не на территории России, а как можно ближе к экватору (в связи с энергетическими выгодами вывода на орбиту), например, на островах Гильберта, в Австралии или на плавучей платформе в приэкваториальных водах.

Напомним, что космическая изоляция РАО в России в настоящее время запрещена. Пунктом 3 статьи 50 Закона РСФСР «Об охране окружающей природной среды» от 19 декабря 1991 г. прямо запрещена отправка радиоактивных отходов и материалов в космическое пространство в целях захоронения. Только международный договор может устранить это законодательное препятствие, потому что, согласно ст. 93 упомянутого Закона РСФСР, при несовпадении положений законодательства Российской Федерации и международного договора применяются положения международного договора.

Однако, думая о ближайшей перспективе удаления радиоактивных отходов в ОКП и в Космос, нельзя не предвидеть, что со временем они могут стать реальной угрозой для космонавтов и космических аппаратов. Необходимо выяснить, какие могут быть последствия от контакта РАО с находящейся в околоземном пространстве плазмой, а также проанализировать, останутся ли удалённые в Космос РАО локализованными или они будут распространяться дальше. Есть и другие вопросы: не слишком ли опасен процесс вывода РАО с поверхности Земли и не окажут ли отходы вредное воздействие на околоземное пространство, планеты и Солнце. Наконец, в состоянии ли потоки солнечного ветра вынести на периферию Солнечной системы распыленные РАО.

В заключение подчеркнём, что идея удаления РАО в космическое пространство вне всяких сомнений имеет право на жизнь. Но её реализация возможна только на международном уровне и требует прежде всего решения правовых проблем.

Специалисты призывают хотя бы не мусорить больше. А отправляемые в Космос аппараты снабжать особыми двигателями-терминаторами, которые бы переводили отработавшие спутники на низкие орбиты, чтобы они там сгорали.

Интересно довольно необычное, если не сказать фантастическое, возможное использование орбитальных экскретов в военных целях. Орбитальные отходы, пока теоретически, но вскоре и на практике, могут быть превращены в оружие. Причём оружие — «абсолютное», против которого на современном этапе развития технологий нет средств противодействия [23]. Анализ траекторий космических объектов при их входе в плотные слои атмосферы показал, что с теоретической точки зрения, любую из траекторий спуска можно изменить, направив при этом обломки в нужном направлении. Для учёных и исследователей это возможность очистить орбиту от орбитального и космического мусора, мешающего запуску новых летательных объектов и угрожающего функционированию старых.

Военные же увидели в этой возможности оружейный потенциал. Орбиту любого из отработанных обломков или спутников (лучше с РАО) можно изменить, например, использовав небольшой ракетный двигатель, и направить их можно куда угодно. Таким образом после небольшой доработки орбитальные экскреты могут стать орбитальной бомбой, находящейся в постоянной боевой готовности.

В случае войны такое оружие позволило бы ликвидировать любые наземные объекты. Ведь обломки или другой орбитальный хлам, используемый в качестве оружия, при входе в атмосферу двигаются с такой скоростью и с таким малым временем подлёта, что их невозможно сбить средствами ПВО.

Отметим, что на сегодняшний день не существует технологий, позволяющих по сигналу с Земли изменять траектории объектов орбитальных отходов, направляя их в нужное место. Однако, специалисты Космического агентства NASA заявляют, что до их появления остаётся пара тройка лет [33].

При этом следует иметь в виду, что спутники с РАО, выведенные за пределы геостационарных орбит, а также сниженные до атмосферного слоя Земли (ниже 200 км) из отходов переходят в экскретную категорию мусора со всеми вытекающими из этого факта последствиями.

4. Орбитальный техногенный мусор

Проблема засорения околоземного космического пространства техногенным орбитальным мусором как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов прошлого века. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 г. [24]. В докладе особо отмечено, что проблема имеет международный, глобальный характер: нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны, прямо или косвенно участвующие в его освоении.

Орбитальный техногенный мусор, определяется как не утилизируемые обломки летательных аппаратов ракетно-космической техники, а также вспомогательных приборов или механизмов, их разрушенные детали и фрагменты, находящиеся в ОКП и на входе в плотные слои атмосферы. Он является наряду с орбитальным космическим мусором составной частью обширного класса экскретов «Орбитального мусора» (см. схему раздела 2.).

Говоря о распределении искусственного орбитального мусора в околоземном пространстве, можно отметить его преимущественное нахождение в зонах наиболее заселённых орбит. Такими зонами признаны: геостационарные орбиты на высотах около 40 тысяч км от поверхности Земли и орбиты на высотах 800 ч— 1 ()()() км. Можно ещё отметить зону пилотируемых полётов на высотах около 300 км и солнечно-синхронные орбиты.

Объекты орбитального мусора, в отличие от орбитальных отходов, не могут быть экономически выгодно утилизированы и поэтому должны уничтожаться — самопроизвольно (сгорая в атмосфере) или принудительно с использованием технических средств и устройств.

Количество орбитальных экскретов в виде отходов, отбросов и космического мусора неуклонно растёт. В настоящее время более 22 тысяч крупных фрагментов и множество мелких летает вокруг Земли со скоростями порядка 10 километров в секунду и выше. Когда космическое оборудование на летательных аппаратах завершает свою миссию, оно становится орбитальным мусором или отходом в зависимости от его положения на орбите и от возможности быть утилизированным.

Рис. 4.1. Схема входа тела в плотные слои атмосферы

Мусорные объекты на участке входа в плотные слои атмосферы также могут представлять опасность столкновений для взлетающей ракетной техники. Их траектории спуска и торможения рассчитать чрезвычайно сложно из-за постоянно меняющихся параметров атмосферы, геометрических и динамических характеристик движущихся тел.

Эволюция орбиты спутника или элементов орбитального мусора и время их существования определяется, в основном, естественными возмущениями: гравитационным полем Земли и его несферичностью, гравитационным воздействием Луны и Солнца, давлением солнечной радиации и тормозящим действием атмосферы. Вследствие торможения объект постепенно (по спирали) входит в более плотные нижние слои атмосферы, где в конце концов из-за трения и сгорает.

Рассмотрим особенности спуска в плотную атмосферу тел на примере искусственного спутника Земли (ИСЗ). В процессе спуска сопротивление атмосферы Земли вызывает уменьшение большой полуоси орбиты ИСЗ, в результате чего он по спирали снижается к Земле. При достижении высоты около 160 км спутник сможет сделать всего пару оборотов и сгорит в атмосфере, войдя в резкий и необратимый спуск.

Время жизни спутника определяется физическими характеристиками атмосферы, активностью Солнца, а также эксцентриситетом его орбиты и размером её большой полуоси. Теоретически этот параметр предсказать можно только с большой ошибкой. В таблице ниже представлены времена жизни типичного ИСЗ на завершающем этапе его существования для разных значений его траекторных параметров: перигея и апогея [26].

Таблица № 2.3.1.

Время существования ИСЗ массой 100 кг и диаметром 1 м, сутки

Из таблицы видно, что и высоты апогея и перигея сильно влияют на время существования Т_0 орбитального объекта. Например, увеличение высоты перигея в 2 раза приводит к почти пятидесятикратному росту Т_0 для траекторий с низким апогеем и более чем к восьмидесятикратному увеличению Т_0 для траекторий с высоким апогеем. Указанные в таблице значения параметра Т_0 имеют большую погрешность из-за неопределенностей в значениях геометрии спускаемого объекта, его ориентации в полёте и вариациях изменения плотности воздуха с высотой.

От характеристик входа в плотные слои атмосферы зависит не только время существования тела, но и вероятность его сгорания в атмосфере. При больших углах входа в атмосферу время пребывания объекта в ней относительно мало, и тело может не успеть разогреться до высоких температур; при пологих траекториях объекты постепенно разогреваются потоком до температур плавления их материалов, оплавляются и сгорают.

Рис. 4.2. Схема захоронения геостационарных спутников и других объектов орбитального мусора

Увеличение скорости входа однозначно ускоряет нагрев и плавление тела и уменьшает время пребывания объекта в атмосфере. Таким образом, вероятность долететь до поверхности Земли более высока у относительно медленных тел с крутой траекторией полёта. Уменьшая начальный угол входа в плотную атмосферу, можно добиться более полного сгорания орбитального мусора.

Следует иметь в виду, что в некоторых случаях крупные объекты техногенного мусора, а также объекты, содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы, могут представлять прямую ударную или радиационную опасность для обитателей Земли. При их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоёв атмосферы Земли и выпадении обломков на населённые пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п. случаются жертвы.

Как указывалось выше, низкоскоростные и низкотраекторные (с высотами полёта Н < 200 км) объекты, попавшие в соотносительно плотные слои атмосферы и, как правило, сгорающие в ней, определяются как орбитальный мусор. Очевидно, так же должны квалифицироваться и высокоскоростные объекты, выводимые за пределы геостационарных орбит (Н > 36200 км). Времена «жизни» этих тел превышают тысячелетия, и они могут считаться выброшенными на орбитальную свалку экскретами (см. схему Рис. 4.2.).

Орбиты захоронения — отдельный класс орбит ИСЗ, специально предназначенный для увода на них спутников, вышедших из строя для уменьшения вероятности столкновения с работающими спутниками и для освобождения места новым ИСЗ. Для геостационарных спутников (ГСС) орбитой захоронения считается орбита, на 200 км выше самой орбиты ГСС.

Для каждого геостационарного спутника орбита захоронения рассчитывается отдельно, причём минимальный перигей ДН равен [27]:

ΔН (км) = 235 + 1000 S CR/m,

где

“CR” — коэффициент давления света,

“S” — площадь эффективного сечения ИСЗ, [S]= м^2,

“m” — его масса. [m]=кг.

Низкоорбитальные спутники с ядерными реакторами на борту имеют высоты орбит захоронения порядка 1000 км, куда переводится активная зона ядерного реактора после окончания ее работы [28].

Для оценки засорённости околоземного космического пространства техногенным мусором как экскретом можно выделить несколько типов объектов искусственного происхождения. Орбитальный техногенный мусор в них различается по своему происхождению, составу и по функциональному назначению (см. Рис. 2.3.7). Надо иметь в виду, что приведённые на этом рисунке данные имеют приблизительный характер и доля отдельных компонент в общей их массе заметно меняется год от года.

Рис. 4.3. Состав орбитального техногенного мусора

Как следует из рисунка 4.3. орбитальный техногенный мусор неоднороден по своему составу. Как уже отмечалось, в это понятие включены и сравнительно большие конструкции в виде отработавших свой срок и невостребованных КА, и достаточно малые частицы, например осколки от лакокрасочных покрытий с размерами в десятые и сотые доли миллиметра. Почти половину орбитального мусора приходится на фрагментированную его часть.

Размер частиц орбитального мусора является определяющим фактором при их наблюдениях. Современный уровень развития системы слежения за объектами в ОКП позволяет надёжно регистрировать движение только сравнительно крупных фрагментов с размерами поперечника более 10 см. Таких фрагментов в настоящее время сосредоточено на «оживлённых» околоземных орбитах (до высот ~ 2000 км над поверхностью Земли) порядка 7500–8000 шт. Это так называемая наблюдаемая группировка орбитального мусора.

Столкновение КА с фрагментами из наблюдаемой группировки несомненно и практически достоверно приводят к выходу КА из строя из-за громадных, до удвоенной первой космической, то есть до 15 км/с, скоростей соударения и из-за больших размеров фрагментов. Однако столкновение КА с наблюдаемыми фрагментами можно предсказать и предотвратить изменением траектории аппарата. Наблюдаемая группировка частиц, хотя и является многочисленной и опасной, устранима при надёжной работе системы контроля космического пространства.

Самую богатую историю "обстрелов" накопили американские шаттлы. Наиболее известен случай, который произошел в 2006 году с шаттлом Atlantis, когда небольшая частица космического мусора пробила панель радиатора, одну стенку грузового отсека и застряла в противоположной. В следующем году дыру в несколько сантиметров получил и шаттл Endeavour.

В настоящее время космонавтам остаётся только надеяться, что мусорный "снаряд" не выведет из строя жизненно важные системы корабля и не убьёт экипаж. Однако очевидно, что с выходом в космос коммерческих пилотируемых кораблей и предполагаемого увеличения "заселённости" околоземного пространства, одной надежды мало.

Серьезную опасность представляют не только крупные, но и микроскопические частицы мусора. Однажды стекло кабины шаттла было серьезно повреждено кусочком краски размером менее 0,3 мм! Нельзя не учитывать, что на космических скоростях даже такие, вроде бы пренебрежительно малые, частицы становятся настоящими пулями, способными убить космонавта в скафандре или вывести из строя внешнее оборудование космического корабля. К слову, во время осмотра астронавтами солнечных панелей телескопа Хаббл, были найдены тысячи следов ударов микрометеоритов. О количестве мелкого мусора на околоземной орбите красноречиво говорит тот факт, что стекла шаттлов в течение службы телескопа меняли около 80 раз.

Орбитальный техногенный мусор в составе спутников связи, ступеней ракет, даже старые космические станции и мелкие обломки ЛА и вспомогательных механизмов опасны не только на орбитах, но и на пути запускаемых на орбиту ракет. Из-за этого растёт риск космических аварий. Чем больше спутников мы запускаем, тем больше будет орбитальная свалка, причём количество мусора достигло опасного уровня, при котором обломки спутников будут сталкиваться между собой и создавать крайне неприятную ситуацию для выхода в космос. Кроме того, в последнее время участились столкновения зондов с пролетающими самолетами, что порождает множество техногенного мусора.

Орбитальный мусор представляет опасность не только объектам освоения ОКП, но и землянам. Были случаи, когда несгоревший орбитальный мусор ранил и людей. Например, по сообщениям средств массовой информации в 1997 году обломок 2-й ступени ракеты-носителя Delta ранил женщину в плечо.

Количество мусора в околоземном космическом пространстве постоянно увеличивается и в перспективе угрожает самой возможности освоения Космоса человеком. Пока что надёжных работающих технологий избавления от него нет; появятся ли они в будущем — покажет время.

5. Орбитальный космический мусор

С необъятных просторов галактики и солнечной системы ежесекундно прилетают в околоземное пространство природные объекты в виде астероидов, метеороидов (метеорных тел) и космической пыли. Часть этих небесных тел захватывается силами тяготения планеты и остаются на орбитах в ОКП, сгорают в плотных слоях атмосфер или выпадают на поверхность Земли. Эти объекты могут рассматриваться как экскреты космического мусора. Другие небесные тела — в основном массивные и высокоскоростные — пролётом покидают ОКП, чтобы возможно больше никогда не встретиться с нашей планетой.

Индустриальное освоение околоземного космического пространства породило проблему его засорённости объектами и отходами космической деятельности. На фоне антропогенных мусорных экскретов в ОКП новое звучание получили естественные экскреты — космический мусор — природные тела, прилетающие с просторов ближнего и Большого Космоса. На околоземных орбитах стало тесно.

Мусор космический включает в себя объекты внеземного происхождения, появляющиеся в околоземном пространстве Земли под действием гравитации планеты, захламляющие ОКП, нарушающие работу ракетно-космической техники и жизнь биогеоценозов. Под это определение подпадают не только природные объекты в ОКП типа космической пыли, метеорных тел, болидов и комет, но и потерпевшие бедствие летательные аппараты инопланетян.

В настоящее время Службами контроля Космического пространства США и России в каталоги занесено около 33500 орбитальных объектов размером более 10 см., заметная часть которых — космический мусор. Количество подобных объектов с размерами менее 10 см оценивается в несколько сотен тысяч (-600000). Ежегодный прирост составляет 600–700 фрагментов. На орбитах запуска КА находится более 13400 крупных объектов, их которых только 6 % — действующие космические аппараты. Остальное — выработавшие свой энергетический ресурс и «умершие» аппараты и крупные фрагменты различного происхождения, так называемые орбитальные отходы, орбитальный мусор и космический мусор.

Разделить эти объекты с поверхности Земли довольно сложно, фактически образовавшаяся группировка орбитальных экскретов должна восприниматься как составная часть окружающей среды.

Дополняют этот фон кометы, астероиды, метеороиды и метеорные потоки, межпланетная пыль. Существенными факторами возможной опасности для орбитальных ЛА являются пролетающие к поверхности Земли метеориты и микрометеориты, возможные столкновения КА с более крупными телами — астероидами и кометами.

В Солнечной системе, наряду с планетами и их спутниками, существует огромное количество каменных, железных и ледяных объектов, движущихся на огромных скоростях по хаотичным и постоянно изменяющимся орбитам. Фрагменты этого космического мусора раз за разом пересекают орбиты внутренних планет, особенно Марса и системы Земля-Луна. Земля, движущаяся по орбите вокруг Солнца с постоянной скоростью около 110 000 км/час, регулярно проходит сквозь потоки этого мусора. Большая его часть состоит из крошечных метеороидов, сгорающих в атмосфере (так называемые «падающие звезды»). Более крупные объекты взрываются в атмосфере, часть долетает до Земли. За свою долгую историю Земля неоднократно сталкивалась с космическими объектами — фактически с космическим мусором. Защитная роль атмосферы планеты состоит в предохранении её поверхности от выпадения сравнительно мелких тел — (размером от 1 м до 10 м), они сгорают в атмосфере. Но всё же значительное количество метеоритного вещества (десятки килотонн) ежегодно выпадает на Землю.

Рис. 5.1. Астероиды главного пояса Матильда Гаспра и Ида, изображённые в одном масштабе

Глобальная проблема космического мусора — так называемая астероидно-кометная опасность существовала всегда, но лишь в последние 2–3 десятилетия развития возможностей техники наблюдений была осознана как реальная опасность. Её сущность в потенциальной возможности этих объектов погубить жизнь на Земле.

Дело в том, что свыше 95 % всех известных астероидов находится в Главном поясе астероидов — между орбитами Марса и Юпитера [29]. Несколько астероидных роев вращается между орбитами Марса и Венеры, пересекая орбиту Земли. Существуют крупные астероидные объекты, постоянно находящиеся за орбитой Юпитера и других внешних планет и имеющие эллиптические орбиты и попадающие в сферу внутренних планет при приближении к перигелию. Орбиты астероидов Главного пояса в основном стабильны. Их общее число превосходит 400 тысяч: от гигантов диаметром 200 км до объектов размером 1 км и меньше. Ближе к Земле появляются рои «околоземных» астероидов — семейства астероидов типа Амура, Аполлона и Атона.

Каталогизация астероидов привела к огромному числу открываемых ежегодно таких объектов вообще и астероидов, сближающихся с орбитой Земли или пересекающих её (АСЗ) в частности, а среди них и потенциально опасных (ПО) для Земли.

В течение десятилетия 1998–2007 NASA (США) осуществляла проект «Spaceguard», задачей которого было обнаружение и каталогизация ~90 % всех астероидов с диаметром выше 1 км. Речь шла об астероидах Главного пояса, чьи орбиты не проходят вблизи орбиты Земли. В ходе выполнения этого проекта было обнаружено свыше 730 АСЗ километровых размеров, а попутно найдено свыше 5000 тел меньшего размера. Логическим продолжением проекта «Spaceguard» является следующий проект, в задачи которого входит открытие тех АСЗ, размеры которых менее 1 км (т. е. 150 м ч-1 км). По предварительным оценкам, таких объектов может оказаться порядка 120 000. Характерные конфигурации малых тел Солнечной системы, появляющихся в ОКП, показаны на рис. 2.3.8.

Размеры известных астероидов, пересекающих орбиту Земли, варьируются в пределах от 6 м до 40 км. Одно из последних падений XX века — январь 2000 г. в районе озера Тагиш в Канаде. Метеорит, являвшийся по предположениям осколком астероида типа D (немногочисленное семейство красно-чёрных астероидов с весьма низким альбедо), имел диаметр около 6 метров, массу порядка 2'10^8кг [30].

В минувшем столетии несколько астероидов прошли совсем близко от Земли, в том числе даже на расстоянии 0,007 а.е., что составляет чуть более 1 млн. км. Последним астероидом XX столетия, пролетевшим вблизи Земли, был объект 2000YA (он пролетел 24 декабря 2000 г. со скоростью 30 км/с на расстоянии 800 тыс. км от Земли) [31].

В XXI веке уже наблюдались пролёты нескольких астероидов между Землёй и Луной.

Важность наблюдения и контроля за астероидами любых типов состоит в непредсказуемости точных траекторий их движения в солнечной системе из-за гравитационных влияний планет и достаточно крупных объектов. Неопасные или потенциально опасные астероиды сегодня могут стать угрожающими завтра.

Наконец, орбиту Земли ежегодно пересекают экскретные космические тела в виде метеоритов разного размера. Они представляют собой несколько десятков метеорных потоков, состоящих из тел разного размера:

— диаметром менее 0,1 см — пылевой составляющей потока;

— от 0,1 см до 10 м — метеороидов.

В настоящее время известно около 20 главных метеорных потоков с часовыми числами 20-140 метеоров в час [29]. Кроме них выделяют до 6 тысяч малых метеорных потоков или ассоциаций. Воздействие метеорного потока экскретов на ОКП, атмосферу и, в конечном итоге, на Землю определяется его шириной, скоростью метеоров относительно Земли и числом крупных объектов в потоке. В своем большинстве массы метеороидов заключаются в пределах 10 — НО г. Размеры метеороидов при этом варьируются в пределах от 10"5 см до ~10 км.

Межпланетные объекты, размер которых не превышает нескольких сотен метров, принято называть метеорными телами, или метеороидами. Влетая с космической скоростью в атмосферу планеты, они из-за столкновения с молекулами газа сильно нагреваются, дробятся, плавятся, испаряются и оставляют за собой в полёте светящийся секунду-другую след. Это атмосферное явление называют метеором.

Если яркость метеора превосходит -4т (т. е. яркость Венеры), то его называют болидом. Наиболее яркие болиды видны даже днем; их полет иногда сопровождается яркими вспышками, дымным следом, а порой и мощными звуками. При яркости более 6 т на поверхность Земли обычно выпадает твёрдый остаток — метеорит. Наиболее вероятными кандидатами на выпадение метеорита являются медленные болиды, не демонстрирующие в конце траектории резкой вспышки, означающей разрушение.

Болид появляется на высотах 100–120 км над поверхностью Земли. На высоте 5-20 км метеорное тело полностью затормаживается, болид исчезает, а остаток не успевшего полностью испариться метеорного тела выпадает на поверхность Земли в виде метеорита. Метеороиды представляют заметную опасность для ИСЗ и пилотируемых КА.

Замечено, что когда крупные метеороиды испытывают большое давление на лобовую часть и, когда оно превышает пределы прочности материала метеороида, разваливаются на части. В результате образуется рой быстро тормозящихся фрагментов, которые в более плотных слоях атмосферы дробятся далее и выпадают на Землю в виде метеоритов.

Абляция вещества с поверхностей мелких осколков ведёт к образованию метеорной комы, которая, испаряясь за доли секунды, образует взрыв, часто наблюдающийся в конце следа крупных болидов в виде вспышки.

Как было показано выше, естественная составляющая космического мусора представляет собой смесь частиц метеороидного, кометного и астероидного происхождения. Кроме этого некоторая его часть — пыль, образованная в системах планет-гигантов, а также межзвездная пыль [29], которую в некоторых литературных источниках причисляют к метеороидам.

Космическая пыль, очевидно, является самым массовым космическим экскретом в околоземном пространстве. Максимум распределения частиц космической пыли в ОКП по размерам близок к 200 мкм. Можно добавить, что солнечный ветер в значительной степени определяет концентрацию частиц космической пыли в ОКП, действуя как своеобразный чистильщик ближнего Космоса.

В мезопаузе (80–85 км) образуются серебристые облака, где пылевые частицы, по одной из гипотез, являются центрами конденсации капель воды и кристаллов льда. Так, метеор с начальной скоростью 40 км/с создает на высоте 95 км след с начальным радиусом 1 м. Такой ионизированный хвост образуется вдоль всей траектории и постепенно расширяется. Чаще всего он невидим, но для ярких метеоров и болидов наблюдается визуально и является источником радиоволн слабой интенсивности.

Важно отметить также наличие пылевых облаков естественного мусора, расположенных в точках либрации L4 и L5 системы Земля-Луна на расстоянии лунной орбиты — так называемые «облака Кордылевского» [15], имеющие размеры порядка земного шара, но весьма низкую плотность — около 210" г на1 км.

Общая масса этих облаков пыли оценивается в 10^4 тонн. Образование и плотность облаков Кордылевского весьма заметно зависят от солнечной активности и связанной с ней интенсивностью солнечного ветра.

Кометы также можно считать экскретом космического мусора. Они являются, как считается [29], основными поставщиками пыли в Солнечной системе в районе земной орбиты. Подавляющее большинство комет состоит из твёрдого ядра, окруженного газопылевой оболочкой — комой. Траектории полёта этих небесных тел имеют непредсказуемый характер. С приближением кометы к Солнцу под действием солнечного ветра и светового давления у неё образуется хвост, направленный, чаще всего, в сторону противоположную Солнцу. Длина хвостов в среднем составляет до 10 млн. км, в особых случаях — до 150 млн. км. Ядро вещества кометы по современным представлениям состоит из смеси водяного льда с вмороженными в него легколетучими веществами и, возможно, крупными камнями.

Размер ядер короткопериодических комет составляет 0,6-42,5 км, долгопериодических — от 1 до 33 км. Рекорд принадлежит комете Хейла-Боппа, наблюдаемой в 1995-97 гг. Диаметр её ядра по разным оценкам составлял от 45 до 100 км [44]. Всего по данным каталога Б. Марсдена в период с 1059 г. до н. э. по 1995 г. зафиксировано появление 2335 комет.

Кометы, принадлежащие разным группам, представляют разную опасность с точки зрения столкновения с Землей. Для того, чтобы столкновение с Землей было возможно, комета должна иметь перигелийное расстояние, меньшее 1 а.е. Анализ показывает, что этим как раз и отличаются долгопериодические кометы.

Сейчас известно 13 комет и 15 остатков комет семейства Юпитера с перигелийными расстояниями, меньшими 1 а.е. По некоторым оценкам, общее их количество с размерами головы более 1 км может составлять около 800. Следует отметить, что вблизи Земли пролетают мини-кометы, — рыхлые ледяные тела, покрытые слоем пыли, размерами порядка 10 м, массой около 100 т. При попадании в атмосферу Земли с частотой около 10 в год они взрываются. Энергия взрыва оценивается от нескольких до сотен килотонн.

В заключение отметим, что наибольшую опасность для летательных объектов ОКП и биосферы Земли, на наш взгляд, представляют космические экскреты в виде неопознанных крупных «камней», носящихся в межпланетном пространстве. Эти объекты могут иногда тормозиться земной атмосферой или Луной и превращаться во временные спутники нашей планеты или даже столкнуться с ней. Проблема таких неидентифицированных объектов в ближнем Космосе всё же существует и время от времени напоминает о себе. Например, по данным открытой печати, служба контроля космического пространства России даже при отсутствии пусков ракет обнаруживает один-два неопознанных объекта в сутки.

6. Орбитальные отбросы в ОКП

Общепризнанно, что количество выработавших ресурс спутников, различных ступеней ракет и фрагментов, сопровождающих каждый запуск, достигло предела, за которым оно начинает создавать серьёзную угрозу не только для пилотируемых орбитальных станций и функционирующих космических аппаратов (КА), но и экологии Земли и околоземного космического пространства. Однако, не только орбитальные техногенные объекты, но и сами экипажи пилотируемых летательных аппаратов и пилотируемых орбитальных станций вносят заметную лепту в процесс замусоривания, а точнее сказать загаживания ОКП.

Известно, что каждый человек в процессе жизнедеятельности «производит» несколько килограммов жидких, полужидких и газообразных отбросов. В сутки здоровый человек выделяет в среднем 1,5 литра жидких и около 250 граммов твёрдых отходов. Сюда же следует добавить пищевые отбросы и санитарно-гигиенические. Космонавты не составляют исключения, и хотя частично отбросы их жизнедеятельности удаётся регенерировать, всё же некоторая их доля — довольно заметная — остаётся не использованной и нуждается в удалении.

Отбросы орбитальной ракетно-космической деятельности (Орбитальные отбросы) могут быть определены как продукты жизнедеятельности космонавтов в околоземном космическом пространстве (ОКП). Этот деликатный мусорный орбитальный экскрет не может длительное время находиться на борту ограниченного в жизненном пространстве летательного аппарата, должен периодически изолироваться от его атмосферы и удаляться наружу.

Для уменьшения отбросов космонавтов кормят научно разработанной «пищей из тюбиков» — рафинированной и сбалансированной по энергетическому и витаминному составу калорийной пищей и используют специальные туалеты. Проблема бани также решается применительно к стеснённым условиям космического аппарата, и вместо ванной и душа приходится обходиться влажными обтираниями.

Отметим, что обеспечение нормальны бытовых условий в замкнутом ограниченном пространстве космического аппарата в условиях невесомости оказалось трудной задачей. Неожиданные проблемы возникали при выполнении практически всех физиологических отправлений.

Первым космическую еду испытал на себе космонавт Герман Титов. За двадцать пять часов полёта Титов успел принять пищу три раза, однако по его словам, на Землю он вернулся голодным. На первое у него был стакан овощного супа-пюре, на второе — печёночный паштет; на третье — стакан черносмородинового сока. Следующие космонавты, возвращаясь с орбиты заявляли, что голодают и это мешало им нормально трудиться. Тогда в меню внесли изменения. В него добавили говяжий заливной язык, пирожки с рыбой, украинский борщ, антрекоты, пожарские котлеты, куриное филе, соки более 20 наименований, фруктовые пюре и овощные соусы.

К началу 1980-х годов космический ассортимент включал более 200 наименований. По результатам дегустаций составляется меню на 8-дневный цикл; спустя 8 дней меню повторяется. У космонавтов четырехразовое питание. Меню строго расписано, лишнего есть нельзя.

Ставшие символом космического питания тюбики сейчас используются редко — пища в основном расфасована по банкам. Еду разогревают или едят прямо из пакетов.

Едят в космосе с закрытым ртом и при включённом пылесосе — не дай бог крошка улетит. Крошка, которая на Земле упадёт на пол, в условиях невесомости останется висеть в пространстве; она может не только попасть с глаз, но и в нос, и в дыхательные пути. Поэтому, например, хлеб для космонавтов, чтобы не создавать крошек, готовится порционными ломтиками. Их можно полностью положить в рот, а не откусывать от большого каравая,

Освобождение от продуктов жизнедеятельности космонавтов на борту космического аппарата также является весьма проблематичным. Например, космонавты-исследователи первых спутников, чтобы помочиться, были вынуждены пользоваться специальными памперсами. Во время запуска и приземления астронавты также надевают подгузники для взрослых. Иначе непроизвольно выделившаяся моча может нарушить показания датчиков индивидуального скафандра.

На космических кораблях тоже есть унитазы, и выглядят они примерно так же, как на Земле [32], но имеют ряд конструктивных особенностей. В унитазе предусмотрены специальные крепления для ног, чтобы не оторваться от сиденья. Кроме того, под каждого космонавта чётко подгоняется по размерам его сиденье, т. е сиденье делают под каждую попу индивидуально. Работает система дефекации по принципу пылесоса — часть человеческого тела, ответственная за процесс освобождения от отбросов, состыковывается с подходящим узлом туалета, и там создаётся пониженное давление. Иными словами — туалет отсасывает у космонавта его отходы.

Все отбросы сортируются и какое-то время хранятся на борту. Моча всасывается и собирается в 20-литровые контейнеры. Эти контейнеры затем перегружаются на грузовые космические корабли “Прогресс” и доставляются на землю, некоторые контейнеры сгорают при входе в верхние слои атмосферы. Для твёрдых отходов используются специальные сетчатые пластиковые мешки. Через отверстия в них проходит поток воздуха, и в результате все экскременты оказываются в мешке

До 1995 года отходы жизнедеятельности космонавтов обитаемых космических кораблей собирались в пластиковые пакеты. Пакеты с отбросами ежесуточно «выстреливались» с помощью специального устройства в ОКП и становились самостоятельными спутниками — «киндер-сюрпризами». Попадая в космический холод, они леденеют и становятся неотличимыми от других фрагментов орбитального или космического мусора. Так отбросы орбитальной ракетно-космической деятельности могут кружить в ОКП долгие годы или десятилетия, пока не снизятся до относительно плотной атмосферы. На высотах ниже ~ 200 километров они тормозятся и сгорают. После 1995 года практика загаживания ОКП отбросами пилотируемых орбитальных аппаратов была прекращена, однако многие ассенизационные контейнеры ещё остаются в ОКП.

В настоящее время наземными средствами контроля космического пространства США официально каталогизировано (т. е. регулярно сопровождается и идентифицировано с источником происхождения) более десяти тысяч объектов, находящихся на околоземных орбитах — в том числе и замороженных орбитальных отходов. Общее же количество обнаруженных и сопровождаемых объектов с эквивалентным диаметром более 10 см превысило 13300 [33].

До сих пор в области геостационарной орбиты (ГСО) каталогизированы, в основном, только объекты крупнее 1 м в поперечнике. При этом достоверно известно о существовании значительного количества не каталогизированных объектов размером от 0.2 до 1.5 м, сопровождающих запуски КА, а также возникающих при разрушении крупных объектов.

Следует отметить, что практически все объекты орбитального мусора на ГСО остаются там навсегда, накапливаясь со временем численно и увеличивая вероятность столкновения с КА. Регулярные международные кампании по наблюдению области ГСО, в т. ч. с использованием телескопов 1-м класса, выявили наличие сотен не каталогизированных фрагментов размером от 10 см до 50 см — в том числе и, предположительно, орбитальных отбросов.

Что касается мусорного экскрета в виде орбитальных отбросов, то он, представляя собой продукты жизнедеятельности космонавтов, не может игнорироваться при современном состоянии ракетно-технической деятельности. Такие экскреты заметно пополнили «мусорную свалку» ОКП и в связи с интенсификацией освоения Космоса становятся заметной составляющей загрязнителей ОКП.

Вот как описывает космонавт С.Кричевский накопление отбросов в космической станции "Мир" [34].

«В гермоотсеках станции образовывалось огромное количество отходов жизнедеятельности и работы экипажа: за полгода полета двух человек возникала свалка разнообразного мусора массой в 1 тонну и объёмом в несколько кубических метров. За год накапливалось более 2 тонн отходов, а за 15 лет работы станции их общий объем составил более 30 тонн. До 1995 года всё это погружали в контейнеры и отстреливали за борт, что было небезопасно для космических объектов, в том числе для самой станции. Затем мусор начали увозить пустыми "грузовиками" и шаттлами. Но куда увозить? Ясное дело, на Землю. Кроме того, вокруг станции образовалась загрязнённая внешняя атмосфера из продуктов работы двигателей, топлива, различных примесей и предметов, появившихся в результате работы космонавтов в открытом космосе. Эти загрязнения простирались на десятки метров вокруг станции и мешали проведению исследований с применением бортовой оптической аппаратуры».

По оценкам космонавта несколько сотен контейнеров с отбросами от орбитальной станции «Мир» всё еще вертятся вокруг Земли. К примеру, в 1991 году один из таких контейнеров (от американской станции Skylab) упал в Австралии и убил корову [34].

Если к этим объектам добавить выброшенные отбросы от других пилотируемых летательных аппаратов и спутников, которые не оснащены контейнерами доставки этих грузов на Землю, то количество «киндерсюрпризов» с отходами жизнедеятельности космонавтов может увеличиться до тысяч.

Проблема орбитальных отбросов не теряет своей актуальности и требует цивилизованного научного решения. Например, за сутки на орбите в российском модуле МКС собирается до трёх килограммов отбросов и мусора. Российские учёные готовы создать на орбите такую систему, которая бы утилизировала эти экскреты, а затем возвращала их уже в виде воды в цикл действующей системы жизнеобеспечения, в том числе водообеспечения. Ммикробиологи предложили уничтожать органические экскреты специальными бактериями [35]. Это эффективно и экологически безопасно. «Мусорщиками» будут бактерии Клостридиум термацелиум, традиционное место обитания которых — почва. Они будут разлагать целлюлозу и превращать её в жидкость. Другие бактерии эту жидкость должны превратить в воду. Именно вода будет конечным продуктом после переработки органических экскретов на борту орбитальной станции.

Выбор целлюлозы как вещества, подлежащего трансформации, не случаен, а острая космическая необходимость. Именно салфетки, основой которых является целлюлоза, составляют на орбите основную часть мусорных экскретов. В сутки космонавт использует несколько комплектов салфеток: специальные — для рук, лица, полотенца гигиенические влажные и сухие. Г олову и тело космонавты моют тоже салфетками. Особенно их расход увеличивается, если на борту женщина.

Уничтожение орбитальных экскретов при использовании бактерий, безусловно, весьма перспективный способ решения этой проблемы, однако пока он находится в стадии лабораторных экспериментов и в ближайшее время вряд ли появится в обитаемых орбитальных КА.

Многие страны активно осваивают ОКП, используя не только беспилотные спутники, но и пилотируемые летательные аппараты. В ОКП в последние годы стало престижно летать состоятельным людям на так называемые туристические орбитальные экскурсии. Летательные аппараты для подобных путешествий, как правило, не оборудованы системами сбора и возвращения экскрементов на Землю. Поэтому ОКП ещё долго будет смесью мусорки металлолома, свалки и бесплатного «космического туалета».

7. Как избавиться от орбитальных мусорных экскретов

Повышенная опасность орбитального и космического мусора связана с тем, что он перемещается в околоземном пространстве с огромной скоростью — в среднем 10 — ь 15 километров в секунду. Поэтому даже частица, линейные размеры которой составляют лишь 1 сантиметр, может серьёзно повредить космический аппарат. Такая частица обычно летит в 20 раз быстрее пули. Для космического аппарата встретиться с такой частицей — всё равно что столкнуться с легковым автомобилем среднего класса, движущимся со скоростью 80 километров в час. И такие аварии случаются, хоть пока и нечасто. Зато «встречи» с более мелкими частицами происходят уже регулярно.

Обшивка возвратившихся из космоса летательных аппаратов оказывалась усеяна выбоинами и царапинами до сантиметра глубиной. 80 раз на «шаттлах» приходилось менять иллюминаторы. На доставленных на Землю солнечных батареях орбитального телескопа «Хаббл» было обнаружено немало царапин, вмятин и пробоин.

Особенно остро проблема безопасности стоит перед пилотируемыми космонавтами космическими станциями, поскольку сквозное повреждение КА может привести к гибели экипажа. Опыт эксплуатации международных космических станций (МКС) показал необходимость не реже раза в год совершать маневрирование, чтобы избежать опасного сближения с крупными объектами. Повышение безопасности станции можно при её компоновке, размещая жизненноважные агрегаты за второстепенными.

Наиболее эффективным средством защиты космонавтов считаются [20] защитные экранные конструкции. Один из таких экранов, изготовленный во Фрайбурге по заказу Европейского космического агентства для научно-исследовательского лабораторного модуля «Колумбус», показал свою эффективность.

Экраны разрабатываются, чтобы обеспечить безопасность космонавтов в ОКП, задерживая или отбрасывая частицы с линейными размерами до 2-х сантиметров и скоростями до 7 километров в секунду [36]. Они мыслятся состоящими из нескольких слоёв: снаружи — листовой алюминий, под ним — керамические и полиамидные волокна. Конечно, более массивный экран смог бы задерживать более крупные частицы и даже фрагменты мусора, но он должен удовлетворять довольно жёстким финансовым и геометрическим требованиям. Стоимость его доставки в космос не должна выходить за разумные пределы.

Рассматриваются и другие методы защиты от орбитального мусора: например, передвижной экран, который реагирует на сигнал, подаваемый системой автоматического обнаружения, и тотчас занимает «оборонительную» позицию.

Наиболее приемлемым с экономической и технической точек зрения, по нашему мнению, является разработка вариантов защитных экранов из «орбитального утиля». Речь идёт об использовании узлов и агрегатов орбитальных отходов — в первую очередь солнечных батарей спутников и орбитальных космических станций. Более подробно это предложение обсуждается в разделе 3. нашей книги.

Понятно, что использование экранов — это лишь частичное решение проблемы безопасности космических полётов. Однако, по мнению экспертов, технические средства радикальной очистки ОКП от хлама в обозримой перспективе созданы не будут. Более того, даже если с сегодняшнего дня вообще прекратить запуски в Космос каких бы то ни было новых аппаратов, всё равно мусора там год от года будет прибывать. Главный источник загрязнения — это случайные взрывы ракет-носителей и космических аппаратов: они дают до 80 % всех объектов орбитального мусора размером более 5-ти сантиметров [36]. Каждый год происходит в среднем 4 таких взрыва. Они объясняются наличием на борту источников и накопителей энергии — таких как компоненты топлива, аккумуляторные батареи, газовые баллоны и прочее. Между тем, каждый такой взрыв приводит к более значительному увеличению числа только наблюдаемых элементов космического мусора (а сколько ненаблюдаемых!), чем все запуски космических аппаратов за год.

Приведём по литературным данным наиболее перспективные методы очищения околоземного космического пространства от мусорных экскретов.

Аэрогелиевая тормозящая сфера

Сфера NERF диаметром 1,6 км, состоящая из сверхлегкого пористого материала (аэрогеля), по замыслу её создателей, должна принимать на себя удары частиц орбитального мусора и замедлять их. Таким образом происходит постепенное снижение скорости движения мусора, снижение его и очистка орбиты.

Достоинством этого проекта является возможность борьбы даже с самыми мелкими (менее 1 мм) частицами мусора. К тому же, аэрогель настолько лёгок, что отколовшиеся куски самого шара не способны повредить космические аппараты. Стоимость такого "мусоросборщика" относительно невелика — кусок аэрогеля, помещающийся на ладонь, стоит около 100 долл. Вся сфера NERF будет стоить всего около 1 млн долл.

Недостатком этого проекта признана малая эффективность сферы. Прежде всего, очистка с помощью аэрогеля займет много времени, поскольку крупные, — более 1 см, частицы будут «прошивать» шар насквозь, лишь незначительно снижая свою скорость. Крупные фрагменты орбитального мусора будут вырывать сквозные «туннели» в нём. Кроме того, сам шар сможет стать препятствием для движения спутников и орбитальных станций. Возникнет проблема его демонтажа и удаления из ОКП по окончании срока эксплуатации.

Лазерная «метла»

Перспективная технология очистки околоземного пространства от мелкой пыли открывается с использованием высокоэнергетических лазеров. Суть такой «уборки» заключается в нагреве частиц мусора лазерным лучом, в результате чего испаряется поверхностный слой вещества частицы и создаётся реактивная сила в направлении противоположном испарению. Современные лазеры производят от 100 импульсов в секунду, что позволяет создать достаточно большую совокупную тягу. Оценки показывают, что таким способом можно снизить высоты орбит частиц мусора до 200 км, после чего он начнёт активно снижаться.

Специалисты ВВС США рассчитали, что лазерная установка стоимостью около 200 млн долларов, размещённая в районе экватора, способна за два года очистить ОКП на высоту до 800 км. Ученые НАСА в настоящее время активно работают над лазерной "метлой", защищающей орбитальные космические станции от частиц космического мусора диаметром от 1 до 10 сантиметров. Как ранее говорилось, сегодня обшивка МКС способна выдержать удар мусора диаметром менее 1 см, а станции наблюдения на поверхности Земли могут предупредить космонавтов об опасности столкновения с мусором крупнее 10 см. Орбитальные объекты с размерами в этом интервале представляет смертельную опасность для обитателей станции. Разрабатываемый лазер должен закрыть эту брешь в защите. Предполагается, что лазерный испаритель будет автоматически наводиться на цель, разогревать частицу мусора и придавать ей импульс схода с орбиты станции.

Достоинством этого проекта является, пока чисто теоретически, возможности создания активной системы защиты космических аппаратов и высокой эффективности работы по очистке ОКП с поверхности Земли. Существуют и серьёзные технические проблемы, связанные со сложностью систем обнаружения, наведения и сопровождения малых объектов, движущихся с огромными скоростями.

Кроме того практическое воплощение этой идеи входит в противоречие с существующими международными договорами о запрещении размещения в космосе какого-либо оружия, включая лазерное. Проект наземного очищающего лазера формально может рассматриваться как противоспутниковое оружие.

Торможение орбитального объекта надувным шаром

Одним из стандартных элементов оборудования спутников в будущем может стать надувной шар GOLD. Это простое устройство представляет собой наполняемую газом оболочку и небольшой баллон с газом. В нерабочем состоянии GOLD занимает мало места, а в случае необходимости газ наполняет оболочку, и рядом со спутником надувается шар диаметром до нескольких сотен метров. Благодаря трению об атмосферу нашей планеты эта конструкция эффективно тормозит спутник, заставляет его снизиться и в конечном итоге сгореть в плотных слоях атмосферы.

Достоинство данной идеи в дешевизне и простоте реализации на любых космических аппаратах. Проект GOLD обладает рядом неоспоримых преимуществ перед другими аналогичными предложениями. Изготовление таких устройств недорого, эти устройства могут сразу встраиваться в верхние ступени ракет, препятствуя появлению новых единиц орбитального мусора. И, даже если оболочка воздушного шара будет повреждена осколками или частицами мусора, то её жесткости, по словам проектантов, должно хватить для успешного завершения основной функции устройства.

Однако есть и серьёзные недостатки в том, что воздушный шар уязвим для микрометеоритов и частиц пыли, не говоря уже об объектах большего размера. Кроме того, шар может представлять препятствия в нормальном функционировании КА.

Солнечный парус как тормозная система

Идея использования механического давления света была реализована НАСА посредством запуска на орбиту небольшого спутника NanoSail-D, оснащенного солнечным парусом. Спутник успешно испытал оборудование для развертывания тончайшего полимерного паруса, который продемонстрировал эффективность аэродинамического торможения в разреженной атмосфере на высоте 650 км. Инженерам НАСА удалось поместить парус площадью более 9 м^2 и устройство для его развертывания в коробку размером с батон хлеба. Это достижение позволит в дальнейшем оснащать подобным тормозным «парашютом» практически любые спутники. Преимущества паруса заключаются в малом весе оборудования и возможности замедлять и улавливать микроскопические частицы мусора без особого ущерба для главной задачи — увода старого спутника с орбиты. Недостаток видится в невысокой надежности систем, разворачивающих парус; история космонавтики знает слишком много неудач в этой области.

Индукционное торможение магнитным полем Земли

Одним из самых перспективных способов увода отработавших спутников с орбиты признана система EDT, разработанная НАСА. Её работа базируется на принципе закона Ампера, утверждающего что на движущийся проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила. Устройство EDT представляет собой длинный гибкий электропроводящий кабель, на одном конце которого размещается груз, а на другом — спутник. При орбитальном движении система пересекает силовые линии магнитного поля Земли и испытывает воздействие силы, противоположной направлению движения электрического кабеля. Таким образом должно происходить торможение аппарата. С помощью EDT разработчики проекта обещают спустить спутник с высоты 1390 км до плотной атмосферы всего за 37 дней, тогда как без подобного вмешательства он провел бы на орбите Земли 9000 лет.

Полезным "побочным эффектом" использования EDT является генерация электрического тока, который может использоваться бортовой аппаратурой спутника, в том числе для сматывания и разматывания кабеля. Если космический аппарат с помощью собственного генератора (например солнечной панели) преодолеет наведенные токи в кабеле, то орбиту можно наоборот поднять. Таким образом, EDT может успешно заменить ракетный двигатель, в том числе на зондах, работающих на орбитах других планет. По расчётам специалистов НАСА, 20-км кабель сможет вырабатывать до 40 кВт электроэнергии, что достаточно даже для пилотируемых полётов.

Следует заметить, что широкое применение EDT осложняется отсутствием достаточной экспериментальной базы и некоторыми проблемами, связанными с колебаниями двух масс, которые порождают на электрическом кабеле механические вибрационные силы.

Орбитальная мусорная сеть для крупного мусора

Оборонное агентство DARPA работает над проектом большой электродинамической сети EDDE, способной собирать на низкой околоземной орбите фрагменты мусора тяжелее 2 кг. Осуществлять эту идею призван орбитальный «тральщик», представляющий собой группу небольших аппаратов и солнечных панелей общим весом около 100 кг. Каждый модуль EDDE имеет небольшую сеть весом 50 г. Она с помощью специального устройства способна захватывать небольшие объекты, движущиеся со скоростями 2–3 м/с относительно модуля. Планируется, что сеть EDDE будет запускаться в направлении скопления космического металлолома, разворачиваться и спускаться в направлении Земли.

Разработчики сети EDDE планируют её возможность активно маневрировать, обходя спутники и наводясь на новые цели, а захваченный орбитальный мусор в это время продолжит падение в плотную атмосферу.

Расчёты показали, что для удаления с низкой околоземной орбиты более чем 2400 объектов орбитального мусора или орбитальных отходов весом более 2 кг каждый, понадобится 12 сетей EDDE общим весом около 1 т.

По мнению разработчиков, за 7 лет 12 аппаратов EDDE способны полностью очистить ОКП от крупных кусков орбитального хлама. Первый полёт аппарата EDDE запланирован на 2013 год, а разворачивание всей группы должно начаться в 2017 году.

Безусловно, заявленный агентством DARPA проект поражает масштабом и размахом, однако его реализация в заявленные сроки, по нашему мнению, не реальна. При воплощении этого амбициозного проекта «в металл» и натурных экспериментах разработчиков ждут непреодолимые технические и финансовые трудности…

Более реалистичен и сравнительно дёшев проект запуска на орбиты ОКП пыли, тормозящей движение мусора. Американские учёные из Научно-исследовательской лаборатории ВМС США предложили оригинальный способ удаления орбитального мусора [37]. Этот метод ориентирован на устранение обломков и частиц небольших размеров (до 10 см). Многочисленные частицы такого диаметра не менее опасны, чем крупные объекты: за маленькими фрагментами невозможно следить, а повреждения, наносимые ими, могут оказаться весьма серьёзными. Расчётное пространственное распределение этих обломков напоминает распределение 19 тысяч занесённых в каталоги массивных объектов, которые находятся на орбите Земли, но смещено на большую высоту.

Время жизни орбитального мусора растёт вместе с так называемым баллистическим коэффициентом В, определяемым как отношение массы объекта М к площади его эффективного сечения S и коэффициенту аэродинамического сопротивления движению Сх [38]:

В = М/ CxS,

где S = (I·d) 2 — среднегеометрическое значение площади неориентированного осколка;

I, d — длина и ширина мусорного фрагмента.

Известно, что фрагменты и частицы орбитального мусора со значениями баллистического коэффициента В от 3 кг/м^2 до 5 кг/м^2 скапливаются на высотах около 1000 км над Землёй и могут находиться там веками. Если эти объекты находятся ниже 900 км, где сопротивление среды заметно возрастает, максимальное время их жизни сокращается до 25 лет [37].

Таким образом, суть задачи освобождения от орбитального мелкофракционного мусора сводится к уменьшению высот его полёта до 900 км и ниже. Дальнейшее его «провисание» будет происходить естественным путём ускоренным темпом. Проблема может быть решена путём увеличения сопротивления движению этих частиц на орбитах.

Авторы предлагают использовать для этого вольфрамовые пылевые частицы диаметром 2(А50 мкм, доставленные на квазикруговую полярную орбиту, которая также будет сокращаться за счёт сопротивления среды. Скорость этого процесса зависит от размеров и плотности частиц. Её можно контролировать, если тщательно спланировать траектории орбитального мусора и траектории воздействующей на него металлической пыли. При использовании вольфрамовых мелкодисперсных частиц, по расчётам авторов предложения, эти объекты будут снижаться синхронно. Синхронизация даст возможность уменьшить толщину пылевого слоя AR (см. ниже приведённую схему), которая необходима для очистки требуемого интервала высот 5R.

По расчётам исследователей, для перевода небольших обломков с орбиты высотой 1100 км на 900-километровую понадобится слой 30-микрометровой вольфрамовой пыли толщиной в 30 км и общей массой "всего" в 20 тонн. Процесс искусственного снижения мусора при этом растянется на 10 лет.

Микроскопические пылевые частицы, как уверяют авторы проекта, не будут угрожать работе спутников. Поскольку микрометеориты космического мусора ежедневно доставляют огромные объёмы пыли к Земле, дополнительные 20 тонн вольфрамовой пыли не нарушат установившегося природного равновесия.

Предложенный способ очищения ОКП от мусорных орбитальных экскретов достоин внимания, однако он совершенно не проработан технически и имеет немало «подводных камней». В качестве замечаний к нему следует указать на неопределённость вопросов доставки и распыления металлической пыли на заданных высотах. Как можно сформировать в условиях невесомости равномерный пылевой слой? Не возникнет ли при распылении частиц облако неопределённой конфигурации и нерегулируемых размеров? Как привнесённая в ОКП пыль может повлиять на прохождение солнечной радиации к Земле и не окажет ли она негативного экранирующего воздействия на теплообмен, а значит и на климат планеты?

Кроме технических проблем и вопросов следует иметь в виду международный характер такой акции, затрагивающей интересы всего человечества. Поэтому необходимо проведение обсуждения этой проблемы научным международным сообществом.

Кстати, такие обсуждения должны предварять и любые другие активные вмешательства в ОКП, которые могут иметь непредсказуемые последствия для биосферы планеты.

Буксировка орбитальных экскретов на «космическое кладбище» и за пределы ОКП

Ни в околоземном космическом пространстве, ни в Космосе нет межгосударственных границ, поэтому долгое время космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате «ёмкость» 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 летающей орбитальной свалки стремительно растёт. Ещё хуже обстоят дела на геостационарной орбите, расположенной на высоте ~ 36 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 % земной поверхности.

Обычно спутник — например, спутник связи, — используется от пяти до десяти лет. Потом он технологически и физически устаревает, и ему на смену запускают новый. Сегодня 95 % спутников — попросту металлолом, и этот хлам способен захламлять ОКП веками. Время орбитального существования экскретных объектов Т_0 в космическом пространстве очень велико. На геостационарной орбите Т_0 может достигать миллионов лет, на низких околоземных орбитах Т_0 оценивается от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

Из-за «перенаселённости» некоторых орбит возникают аварийные ситуации. По расчётам специалистов, при такой тесноте на геостационарной орбите высока вероятность возникновения так называемого «каскадного эффекта», то есть цепи последовательных столкновений, способных привести не только к разрушению действующих космических аппаратов, но и к образованию огромного количества мелкого мусора. Чтобы предотвратить перенасыщение геостационарной орбиты орбитальными экскретами, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом». Теперь места там «выдаются» строго по заявкам претендующих на это стран.

Чтобы решить проблему дефицита места на геостационарной орбите, на международном уровне было предложено уводить вышедшие из строя спутники на так называемую «орбиту захоронения», расположенную на высотах в 200–300 километров выше рабочей орбиты.

Проблема такого очищения загруженной орбиты в необходимости дополнительного топлива для транспортировки спутника на «орбиту захоронения».

Это дорогое «удовольствие» — доставка каждого килограмма груза в ОКП обходится в десятки тысяч долларов. Никакое государство не хочет нести эти дополнительные расходы. Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на «орбиту захоронения», весь прочий металлолом остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности исправных спутников.

Что же касается более низких орбит, то очистить их от вышедших из строя космических аппаратов в принципе возможно путём использования остатков неизрасходованного топлива для перевода спутников на траекторию снижения. Можно применить другие устройства и методы для торможения космических аппаратов и их скорейшего вхождения в плотные слои атмосферы. Вот только сгорают они там, к сожалению, не всегда.

Опыт последних лет показал, что крупные объекты вроде орбитальных станций сгорали при входе в атмосферу лишь на 60–90 процентов. Остальная часть их конструкций развалилось на множество фрагментов, которые рассеивались на площадях в несколько тысяч квадратных километров. Несколько раз дело чуть было не дошло до радиоактивного заражения местности. Случаи падения космических аппаратов с ядерными источниками энергии — двух советских и одного американского — имели место в период выполнения соответствующих программ и были связаны с аварийными ситуациями.

Наиболее радикальным средством освобождения ОКП от орбитальных отходов и мусора, безусловно, было бы удаление этих экскретов за пределы околоземного пространства. Такие способы активно обсуждаются мировым научным сообществом, но практическое их воплощение, по-видимому, дело далёкого будущего. Более подробно о возможности удаления орбитальных экскретов, в том числе и содержащих радиоактивные отходы, за пределы ОКП, обсуждается в разделе 3. нашей книги.

В заключение этого раздела книги отметим, что дорогостоящая уборка орбитального мусора потеряет смысл, если Человечество продолжит бездумно загрязнять ОКП. Осознание этого факта постепенно овладевает умами. В частности, поэтому космические державы подписали соглашения, согласно которым они обязуются принять меры по уводу отработавших свой срок КА с околоземных орбит. Однако сход с орбиты требует большого количества топлива, которое могло бы использоваться для продления срока службы спутников. В связи с этим учёные активно ищут доступные способы освобождения ОКП от отработавших спутников и космических станций.

Анализ существующих на сегодняшний день проектов показал, что эффективное и малозатратное очищение околоземного космического пространства в настоящее время не представляется возможным ни технически, ни экономически. Все совместные усилия стран— разработчиков РКТ должны быть направлены на то, чтобы меньше мусорить. Для этого необходимо:

— предотвращать самопроизвольные взрывы в космосе, то есть избавляться от остатков топлива при завершении работы космического аппарата;

— сократить срок пребывания в ОКП отработавших орбитальных объектов до 25 лет;

— запретить преднамеренные разрушения космических объектов, находящихся на орбите (такие работы производятся иногда для предотвращения падений крупных несгоревших частей космического объекта на населённые районы планеты);

— в обязательном порядке уводить отработавшие свой срок спутники с широко используемых заселённых орбит на более высокие или мало используемые орбиты (на «кладбища орбитальных отходов»).

Процесс цивилизованного становления космической отрасли весьма проблематичен и связан с огромными материальными затратами, но ему не существует альтернативы. Благодаря совместным усилиям ведущих космических держав проблема орбитального мусора будет успешно решаться, а безопасность космических полетов — неуклонно повышаться.

Что же касается проблемы космического мусора в целом, то бороться с ним надо так же, как и с мусором на Земле: не допускать его возникновения. И так же, как на Земле, это связано со значительными расходами. Но другого пути нет — в этом все участники ракетно-космической деятельности единодушны.

8. Кризис космонавтики, порождённый техногенными мусорными экскретами в околоземном пространстве

Техногенные мусорные экскреты в околоземном космическом пространстве представлены орбитальным техногенным мусором, орбитальными отходами и орбитальными отбросами (смотри схему раздела 2.). Эти экскреты в последние годы из-за активной ракетно-космической деятельности человечества захламили ОКП до угрожающих масштабов.

С начала освоения околоземного космического пространства и Космоса прошло менее полувека, и человечество за столь короткий срок произвело десятки тысяч запусков ракет-носителей, разместило в этом пространстве несколько тысяч спутников, космических станций и вспомогательных механизмов и устройств. В ОКП по космическим меркам стало тесно.

Ситуация осложнилась из-за аварий и инцидентов, всё чаще происходящих на орбитах и порождающих «неземной мусор». Ближние и дальние окрестности нашей планеты постепенно превратились в свалку мусорных экскретов. Конечно, если сравнивать с земными свалками, то орбитального мусора, отходов и отбросов ничтожно мало. Их масса на низких околоземных орбитах составляет всего около 5-ти тысяч тонн, но и они представляют нешуточную угрозу для человечества. И угроза эта с каждым годом растёт, а эффективных решений проблемы пока не предложено.

Орбитальные отбросы, представляющие собой выброшенные в ОКП продукты жизнедеятельности космонавтов, из-за относительно малой их доли в общем орбитальном хламе можно исключить из опасных экскретных факторов. Однако, орбитальные отходы и орбитальный техногенный мусор создали кризис ракетно-технической деятельности.

Напомним, что представляют собой эти экскреты. Орбитальные отходы — это вышедшие из строя, однако оставшиеся на орбите спутники, космические станции, верхние ступени ракет-носителей, а также крупные неповреждённые фрагменты этих объектов, порождённые авариями в ОКП. На их изготовление и доставку на орбиту истрачены огромные материальные ресурсы, и они даже после потери работоспособности представляют значительную сырьевую ценность.

Орбитальный техногенный мусор включает в себя малоценные или повреждённые в авариях объекты РКТ и их фрагменты, включая разгонные блоки ракет-носителей, сброшенные топливные баки, фрагменты разрушенных космических объектов, а также пружины, болты, гайки, заглушки и тому подобная «мелочь». Например, рабочая перчатка или отвёртка, упущенные астронавтами при ремонте орбитальной космической станции.

После завершения работы КА или после аварии на нём объекты техногенного орбитального мусора самостоятельно «покоряют» космические просторы со скоростью ~28 тысяч километров в час. Эти объекты не имеют никакой потребительской ценности и поэтому считаются мусорными.

По оценкам специалистов, сегодня в околоземном космическом пространстве находится свыше 200-т тысяч объектов размером более одного сантиметра и свыше 330-ти миллионов объектов размером более одного миллиметра. Из-за них любая космическая миссия связана с немалым риском [39]….

Особая опасность орбитальных экскретов связана с тем, что они перемещаются в пространстве с огромными относительными скоростями. В ОКП скорости столкновений объектов ~ 10 — Н5 километров в секунду, это десятки тысяч километров в час. Поэтому даже частица, линейные размеры которой составляют лишь 1 сантиметр, может серьёзно повредить космический аппарат. Такая частица обычно летит со скоростью как минимум в 20 раз быстрее пули.

Обычный спутник (например, спутник связи) используется от пяти до десяти лет, за это время он технологически устаревает, и ему на смену запускают новый. Сегодня абсолютное большинство спутников в ОКП могут быть отнесены к экскретам орбитальных отходов. Этот металлолом способен засорять орбитальное пространство веками, поскольку время его баллистического существования на столь удалённом от Земли расстоянии очень велико. На геостационарной орбите оно теоретически может достигать тысяч или миллионов лет, на низких околоземных орбитах составляет от сотен до нескольких тысяч лет.

По расчётам специалистов, при такой тесноте на геостационарной орбите высока вероятность возникновения так называемого «каскадного эффекта», то есть цепи последовательных столкновений, способных привести не только к разрушению действующих космических аппаратов, но и к образованию огромного количества мелкого мусора. Чтобы предотвратить перенасыщение геостационарной орбиты, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом», и теперь места там «выдаются» строго по заявкам.

Для решения этой проблемы на международном уровне было предложено уводить вышедшие из строя спутники на так называемую «орбиту захоронения», расположенную на 200 — ьЗОО километров выше рабочей орбиты. Конечно, со временем и она окажется заполненной, но на сегодня это единственный выход из создавшегося затруднительного положения.

Проблема очистки орбит от орбитального мусора и отходов в том, что для транспортировки спутника на «орбиту захоронения» нужно дополнительное горючее, а доставка каждого лишнего килограмма груза в ОКП обходится в десятки тысяч долларов. Никто не хочет нести эти дополнительные расходы. Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на «орбиту захоронения», весь прочий «металлолом» остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности исправных спутников.

Важная проблема состоит в возможном нарушении физико-химического баланса верхней атмосферы, этой тонко сбалансированной среды. Она характеризуется резким падением плотности с высотой, сложным изменением температуры и химического состава, различными вариациями всех параметров в зависимости от времени суток, широты, уровня солнечной активности. После каждого запуска в результате работы двигателей в верхнюю атмосферу выбрасывается огромное количество химически активных веществ. Водорода и его соединений, например, может быть выброшено столько же, сколько его содержится во всей верхней атмосфере. С активных спутников в атмосферу и в ОКП постоянно инжектируются различные газы. Молекулы истекающих газов из-за большой скорости аппаратов имеют значительную кинетическую энергию, что резко увеличивает их химическую активность.

Атмосфера нашей планеты способствует очищению низких орбит, вызывая медленное торможение объектов и постепенное возвращение их в атмосферу, где они сгорают. Однако из-за техногенных вмешательств в ОКП очищающие свойства атмосферы могут претерпеть заметные изменения и экологическая безопасность ракетно-космической деятельности не будет обеспечена.

Приведём выдержку из Национального стандарта РФ по экологической безопасности ракетно-космической техники [40]: «Экологическая безопасность изделий РКТ должна обеспечиваться их конструкцией, технологией их изготовления и эксплуатацией, использованием наиболее экологически чистых конструкционных и расходных материалов, ракетных топлив, а также применением необходимых организационно-технических мероприятий, направленных на выполнение требований по экологической безопасности изделий РКТ». Заметим, что этот стандарт в настоящее время носит декларативный характер и по разным причинам не может выполняться в полном объёме. Поэтому ракетно-техническая деятельность наносит заметный урон биосфере планеты.

Возможные вредные воздействия факторов изделий РКТ на окружающую среду (ОС) приведены в Таблице 1 [40].

Таблица 1

Матрица связи различных компонентов ОС, основных видов вредных воздействующих факторов изделий РКТ на ОС и основных видов изделий РКТ

Как отмечалось ранее, одной из главных проблем мировой космонавтики становится загрязнение околоземного пространства фрагментами космических аппаратов. За полвека космической эры на околоземных орбитах скопилось немало мусора — несколько тысяч тонн. Это — «отходы» совокупной космической деятельности человечества.

Количество частиц космического мусора размером от 1 до 10 см, отслеживаемых специалистами составляет свыше двухсот тысяч, а число частиц меньше 1 см превышает десятки миллионов [37]. Каждая мусорника представляет опасность для работы космических аппаратов. Средняя скорость взаимных сближений на низких орбитах Земли — десятки километров в секунду, так что маленькая "граммулька" мусора ударяет с энергией хорошей гранаты. Не однажды летящие с огромной скоростью орбитальные «мусорные кучи» вносили коррективы в график работ космонавтов и запуск космических кораблей.

Сегодня можно выделить основных загрязнителей космоса.

На первом месте — Россия (совместно со странами СНГ), которой принадлежит свыше 5 тысяч аппаратов и различных обломков. США заняли второе место (более 4,5 тысяч объектов). Тройку лидеров замыкает Китай. Прирост космического хлама является самым серьёзным за последние годы. По мнению специалистов, его причиной стали столкновения спутников с фрагментами мусора, после которых остаётся множество обломков. Графики роста разных компонентов орбитальных мусорных экскретов по литературным данным приведены на рисунке 8.1.

Как видно из этого рисунка, начиная с 2005 года наблюдается резкий рост орбитальных мусорных экскретов за счёт увеличения количества обломков КА.

Техногенный мусор сконцентрирован в основном на высотах от 850 до 1500 км над поверхностью Земли, но много его и на высотах полёта космических кораблей и Международных космических станций (МКС). Этим объектам из-за опасности столкновения приходится периодически совершать орбитальные маневры уклонения от столкновения с фрагментами орбитального и космического мусора.

Если орбитальный мусор, расположенный на высотах ниже 600 км, в течение нескольких лет входит в атмосферу и сгорает в ней, то мусору, расположенному на высотах 800 км, на это требуются десятилетия, а искусственным объектам на высотах от тысячи километров и выше — сотни лет. И всё это время орбитальный мусор и отходы будут нести в себе потенциальную угрозу столкновений.

Опыт эксплуатации космической техники показал, что из-за мусорной угрозы орбиты кораблей "Спейс Шаттл" и МКС приходится корректировать несколько раз в год. А солнечные батареи спутников и станций подвергаются бомбардировке микрочастицами ежечасно, что приводит к снижению эффективности их работы. Причём регулярная замена солнечных батарей в ОКП весьма накладна, а чаще всего — невозможна.

Особая категория опасности — спутники с ядерными источниками энергии. Сейчас известно 54 таких спутника, из них 31 принадлежит бывшему СССР, 7 — США и практически все они сосредоточены в диапазоне высот 800-1100 км. Предлагается [38] запретить запуск в космос объектов с ядерными установками. Подобные спутники выводятся на малые, то есть на близкие к земле, орбиты и используются, как говорят наши учёные, в основном для ведения космической разведки за территорией противника. Дело в том, что на малых высотах невозможно использование солнечных батарей, так как сопротивление атмосферы на этих высотах достаточно большое. Поэтому не остается ничего другого, как использовать на спутниках-разведчиках (для потенциального противника — спутниках-шпионах) уран или плутоний.

После прекращения активного существования ядерное топливо спутников теоретически должно «высвечиваться» до безопасного уровня, причем времени жизни пассивных спутников на таких высотах вполне достаточно для этого. Но случаются неконтролируемые входы в атмосферу (например в 1978 г. «Космос-954» с энергетической ядерной установкой упал в канадской тайге). Кроме того, казавшийся ранее безбрежным, космос теперь уже не гарантирует от возможных столкновений с техногенным мусором, что может породить многочисленные радиоактивные частицы. Это уже экологическая и экскретологическая проблема в масштабах всей Земли.

Опасно, что неизбежное падение этих ядерных спутников не теряет со временем опасности. Многие из них были запущены десятилетия назад и за это время существенно приблизились к Земле. Периодически орбиты спутников работой двигателей «приподнимают». Однако этот процесс стоит немалых денег, а малозатратных методов утилизации вышедших из строя КА на сегодняшний день не существует.

В 1981 г. ООН приняла рекомендации Комитета по мирному использованию космического пространства об ограничении использования ядерных источников в космосе. Сейчас новые системы безопасности автоматически отстреливают ненужный реактор. Но опасность радиоактивного заражения верхних слоев атмосферы при его входе остаётся, а значит и возможен выпад радиоактивных частиц на Землю.

Общепризнано, что самым мощным источником искусственного загрязнения околоземного космического пространства являются самопроизвольные взрывы на орбитах, которые могут порождать сразу несколько сотен крупных фрагментов аварийного изделия и гораздо большее количество мелких. Одна из причин таких взрывов заключается в том, что в топливных баках космических аппаратов после завершения их эксплуатации остается небольшое количество топлива. Топливные баки со временем разрушаются, иногда пробиваются какими-либо фрагментами орбитального мусора, активные же компоненты топлива, смешиваясь, взрываются. Примером тому служит взрыв второй ступени ракеты «Дельта», произошедший в 1973 году. А вообще с 1961 года, когда было зафиксировано первое в космосе разрушение объекта, на орбитах их взорвалось более 130.

В ракетно-космической деятельности возникла казалось бы безвыходная кризисная ситуация — чем больше запускается аппаратов в ОКП, тем менее пригодным для использования оно становится [33]. О масштабном загрязнённости космоса учёные заговорили в 1980-х, когда концентрация мусора на орбитах Земли достигла такой плотности, что баллистикам требовалось напряжённо поработать, чтобы безопасно разместить среди мусора тот или иной спутник. В последнее время ситуация только ухудшилась; по заключению экспертов NASA в своем последнем отчёте, посвященном проблеме космических отходов, за минувшее десятилетие количество мусора на орбите удвоилось.

"Мусора стало так много, что в ближайшем будущем проблемы из-за обилия обломков в околоземном пространстве будут расти как снежный ком", — полагает космонавт и эксперт по экологии аэрокосмической деятельности Сергей Кричевский. Основания для этого у него весьма серьёзные. Он считает, что… «вся аэрокосмическая деятельность человечества представляет собой сегодня возрастающую экологическую опасность для биосферы нашей планеты. Однако данный вопрос мало кого занимает»[34]…

Действительно, эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах выше 600 км (где не сказывается очищающий эффект от торможения об атмосферу) на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Можно выделить два способа не допустить появления нового мусора на околоземном пространстве. Один из них — удаление с орбиты фрагментов ракет-носителей, используя остающееся на их борту топливо. Второй метод — увод космических аппаратов, отслуживших свой срок, на орбиты захоронения. По оценкам специалистов, срок существования таких аппаратов в этих точках орбиты может составлять 200 и более лет.

В любом случае экстренные меры по расчистке космических мусорных завалов необходимо принимать уже сегодня. В противном случае в будущем «ОКП остановится»! Такой сценарий совершенно не приемлем для человечества, и конечно же выход из тупика будет найден. Вопрос — какой ценой?

Наиболее радикальной мерой могло бы быть резкое уменьшение количества запусков космических аппаратов, увеличение сроков их полезной жизни и минимизация отходов ракетно-космической техники. Существуют предложения различных научных и правительственных организаций о сокращении количества деталей, сопутствующих выводу спутника на орбиту, но никаких международных норм, направленных на стабилизацию и последующее снижение уровня засорённости околоземного космоса, пока нет.

Существуют также оценки различных возможностей современных технологий искусственной очистки околоземного космоса от техногенных загрязнений, включая проекты экзотических мусоросборщиков с сетями и без, но эти проекты нерациональны и чрезвычайно затратны. Подробно эта тема обсуждается в предыдущем разделе нашей книги.

Судя по отечественным и зарубежным данным, уже в начале этого века следует ожидать существенного возрастания засорения ближнего космоса, и тогда возникнет реальная угроза столкновения уже между самими элементами космического мусора (см. графики Рис. 8.1.). Наибольшую опасность в космосе представляют объекты с диаметрами от 1 до 10 см. Мало того, что их очень много и они носятся вокруг Земли с огромными скоростями, они ещё недоступны для обнаружения Службами контроля, представляя собой настоящие «айсберги» на орбите. Столкновение с ними при условии большой населённости орбит может привести к катастрофическим последствиям.

Засорение ОКП идет всё более нарастающими темпами, поскольку всё новые и новые страны включаются в космическую деятельность. Эти страны, как правило, делают первые шаги в ОКП и для них проблемы его загрязнения оказываются второстепенными.

Следует отметить, что при запусках первых ИСЗ рассчитывалась вероятность столкновения аппаратов лишь с метеорными телами. В наше время необходимо учитывать и возможность столкновения с фрагментами космических аппаратов. Таким образом, засорение ОКП объектами искусственного происхождения — это реальный интенсивный процесс, изменивший фоновую обстановку в ближнем космосе.

Жизнь современного человека уже не мыслится без космической деятельности и всего связанного с ней. В первую очередь мировая хозяйственная деятельность и экономика зависят от спутниковой связи, связь и прогноз погоды также ориентированы на получение орбитальной информации. Таким образом, повреждение коммуникационных орбитальных устройств негативно повлияет на каждого человека в мире.

Между тем, угроза глобального космического мусорного коллапса — дело не очень далёкого будущего. Космические экскреты и их быстрый количественный рост уже сегодня угрожают не только действующим и будущим космическим программам, но также и сетям глобальной мобильной связи, спутниковому телевидению, GPS и всему хозяйственному развитию цивилизации.

Графики Figurel иллюстрируют прогноз ожидаемой захламлённости орбит LEO, МЕО и GEO объектами космического и техногеннного мусора, а также орбитальными мусорными отходами при теперешних темпах и способах ведения ракетно-космической деятельности. Сегодня крупных мусорных объектов в ОКП десятки тысяч. Ещё на орбитах находятся около 200 тысяч частиц мусора космического и техногенного происхождения размером до 10 см, а число объектов меньше 1 см превышает десятки миллионов штук. В основном космические мусорные экскреты сконцентрированы на высотах от 850 до 1500 км над поверхностью Земли, но много их и на высотах полёта космических кораблей, а также МКС.

Осреднённые значения кривых Figurel для значений среднеквадратической ошибки о =1 экстраполированы для относительно крупных объектов размером более 10 см.

Из этого рисунка следует, что наиболее захламлёнными орбитами ОКИ, как и в настоящее время, будет относительно низкие LEO — орбиты. Количество мусорных экскретов на них через 100 лет может утроиться, а через 200 лет — усемериться.

Рост мусорных экскретов на более высоких орбитах МЕО и GEO ожидается менее интенсивным, однако также угрожающим РКТ в околоземном пространстве.

Количество объектов на орбите Земли постоянно и практически бесконтрольно увеличивается. Сегодня 90 процентов из 13 тысяч орбитальных объектов так называемого орбитального мусора способны разрушить космический аппарат, нарушить связь и нормальную жизнь многих миллионов людей.

Засорённость околоземного космического пространства техногенными объектами оказалось новым и довольно неожиданным явлением для человечества. Все объекты космического мусора потенциально могут взаимодействовать с активными аппаратами, нанося им ущерб различной тяжести в зависимости от размеров частиц и скоростей сближений с аппаратами. Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем.

Космонавт С.Кричевский считает [34], что… «надо прекратить тупиковое развитие космонавтики, когда создаются крупные объекты, которые затем превращаются в мусор, сжигаются в атмосфере и тонут в Мировом океане, загрязняя Землю. Давно пора понять, что это самоубийственная практика. Космические объекты, материалы, энергию и средства, потраченные на создание и выведение их на орбиту, надо использовать для самих космических полётов. Будет двойная выгода: экологическая и экономическая. Но для этого необходима адекватная экологическая политика в сфере космической деятельности, а не тупая коммерциализация, которая осуществляется с грубым нарушением экологического законодательства в России, США и во всех других космических державах».

И далее:… «Космическая деятельность на сегодня антиэкологична. Я считаю, что необходимо ввести международный мораторий на сжигание в атмосфере Земли и затопление в Мировом океане крупных космических объектов и их фрагментов, разработать и ввести в действие законодательные акты для внедрения экологобезопасных технологий на полном жизненном цикле существования крупных космических объектов, подобных «Миру» и МКС…Уверен: ужесточение экологических требований к пилотируемым полетам, экологизация ракетно-космической техники дадут новый мощный импульс развитию космонавтики. А если этого не произойдет, неизбежен технологический, экономический, экологический и социальный тупик на космическом пути».

Жизнь так устроена, что невозможно что-либо сделать, не производя мусорные экскреты, то есть не загружая пространство отходами, отбросами и мусором. Космическая деятельность — не исключение. В обществе появилось осознание того, что количество мусора "в небесах" надо как-то сокращать, и уж во всяком случае, не наращивать. Принимаются меры, чтобы с этой задачей справиться. Ежегодно в рамках ООН проходят обсуждения, касающиеся стратегии исследований ОКП и Космоса, и на каждом присутствует вопрос о мусоре.

Уже действует международное законодательство, ограничивающее количество мусора при запусках ракетной техники. Раньше, чтобы освободить запущенный спутник от крышки, болты просто взрывались специальным зарядом, что порождало множество мелких осколков. Теперь — никаких болтов, — только пружины и замковые устройства. В результате крышка просто откидывается в сторону. Летающих частей должно быть как можно меньше: лучше одна отдельная болванка, чем целый поток обломков [41].

Согласно другому международному договору, вышедший из строя спутник обязательно должен быть "убран" с орбиты. Для этого включается специальный механизм, выполняющий функцию отвода спутника в сторону.

Что касается методов борьбы с орбитальными свалками, то в данном случае наблюдается единомыслие представителей НАСА и Роскосмоса. Можно выделить два способа не допустить появления нового мусора на околоземном пространстве. Один из них — удаление с орбиты фрагментов ракет-носителей, используя остающееся на их борту топливо. Второй метод — увод космических аппаратов, отслуживших свой срок, на орбиты захоронения. По оценкам специалистов, срок существования таких аппаратов в этих точках орбиты может составлять сотни лет.

Роскосмос планирует в ближайшее время ввести обязательные безотходные стандарты космических программ. Конечно, это приведёт к удорожанию запусков, но все понимают, что проблему надо решать. В противном случае реализуется мрачный прогноз специалистов — ни один космический аппарат не сможет выйти даже на орбиту Земли.

Выше шла речь только о том "небесном мусоре", который образовался по вине человека, осваивающего космическое пространство. Но как было отмечено в разделе 5 книги, есть ещё и "космический мусор", который допустила в ОКП сама природа. Он представляет собой, в основном, метеороиды — разноразмерные осколки естественно разрушившихся планет и других космических тел, несущихся в межпланетном пространстве. Считается, что не менее половины спутников, запущенных к Марсу, с большой долей вероятности, были погублены именно метеорными потоками.

Суммарное количество метеорного вещества в ОКП оценивается сотнями миллионов тонн. Крупные фрагменты космического мусора (более 1 метра) отслеживаются системами контроля Космоса, однако повлиять на их движение невозможно, поэтому пока остаётся лишь следить за происходящим. Ещё не придуман способ, с помощью которого можно эффективно и надёжно удалять космический и орбитальный мусор. Но человечеству придётся решать эту непростую проблему, так как через опасное "мусорное" облако проходит любая ракета, стартующая с Земли, другого пути в околоземное пространство и в Космос не существует. Сегодня пришло время переосмыслить весь процесс разработки, производства, эксплуатации космической техники на полном жизненном цикле [33]. Всё это не пустые слова, а вполне реальные, осуществимые вещи. Скажем, отказ от токсичных компонентов топлива в первую очередь означает полное прекращение применения несимметричного диметилгидразина (гептила) — токсиканта первого класса опасности. В космической деятельности России необходимо запретить его использование в ракетах-носителях, разгонных блоках и космических аппаратах, взамен внедрив альтернативные, более безопасные виды топлива. Такими топливами могут быть, прежде всего, водород-кислородное, а также принципиально новое топливо — "нанотопливо", полученное с применением нанотехнологий.

У человечества нет выбора — использовать при ракетно-космической деятельности природоохранные технологии или обойтись без них. Без инноваций в космической технике превратится в гигантскую помойку не только родная планета, включая околоземное космическое пространство, но и вся Солнечная система.

Заключение

Космическая деятельность относится к опасным видам деятельности. На раннем этапе развития ракетно-космической техники основное внимание уделялось созданию собственно техники. По мере появления современных ракетно-космических комплексов, увеличения частоты пусков, накопления опыта эксплуатации ракетно-космической техники пришло понимание опасности космической деятельности, её негативного влияния на окружающую природную среду, возможности крупных материальных и финансовых ущербов при авариях и катастрофах, вреда жизни и здоровью обслуживающего персонала и населения. Аварии и катастрофы изделий ракетно-космической техники вызывают тяжелые финансовые последствия для предприятий ракетно-космической промышленности. Они, как правило, сопровождаются значительными материальными и финансовыми ущербами, гибелью людей и нанесением вреда окружающей природной среде.

Казалось бы околоземное космическое пространство огромное и мусор в нём пренебрежимо мал по массе и объёму. Чем же орбитальный мусор так опасен? Прежде всего, это вопрос безопасности, ведь современная защита космических аппаратов способна выдержать попадание микрометеоритов и техногенных частиц диаметром лишь до 1 см. Даже если исключить из списка угроз мусор, за которым следят с Земли, останется более 50 тыс. опасных частиц мусора диаметром больше 1 см, которые движутся с огромными скоростями. Любая из них может неожиданно пробить борт космического аппарата и вызвать разрушения, сравнимые с попаданием в него бронебойного малокалиберного снаряда.

При сохранении современных темпов космической деятельности и используемых технологий по прогнозам учёных ожидается удвоение орбитального мусора к концу следующего столетия, что вплотную приблизит содержание мусора к уровню лавинообразного его размножения из-за взаимных столкновений.

Орбитальное пространство космических аппаратов около Земли необходимо очистить от техногенного и космического мусора — такое мнение разделяют учёные и крупнейшие космические агентства. Однако очистка космоса, засорение которого длится более полувека, — это серьёзная технологическая задача. Вопрос, как обезопасить космонавтику от последствий своих же необдуманных действий, очень сложен. Прежде всего, препятствием является большое рассеяние и высокая скорость частиц орбитального техногенного мусора, а также их количество и зачастую слишком малый для надежного обнаружения размер.

Очевидно, что современные концентрации и энергетические характеристики орбитального мусора заведомо превосходит допустимые безопасные уровни, требуется срочная их стабилизация в ближайшее время и понижение — в дальнейшем. Требования по удалению мусора в ОКП означают необходимость существенной перестройки всей космической деятельности.

Конкретно они предусматривают исключение взрывов в ОКП, сокращение числа ракетных пусков, увеличение срока службы космических аппаратов, создание безотходных технологий их выведения на орбиты.

Существует и другая опасность РКТ в околоземном космическом пространстве. По приблизительным оценкам сегодня на орбитах в ОКП находятся около 60 космических аппаратов с радиоактивными материалами на борту. В 1978 году советский спутник Космос-954 после аварийного разрушения осыпал радиоактивными обломками северную часть Канады. С тех пор на Землю упали ещё 9 объектов с ядерными материалами.

Высокая стоимость и трудозатратность проектов создания и эксплуатации изделий ракетно-космической техники неизбежно приведёт к необходимости международной кооперации и объединения интеллектуальных, технических, финансовых и экономических ресурсов различных стран для решения мусорной проблемы в ОКП, однако когда это будет и какую цену придётся заплатить за это человечеству пока совершенно неясно.

Список использованной литературы

1. Романов В.И. Начала экскретологии. М.: Ваш полиграфический партнёр, — 2011 г., 162 с.

2. Толковый словарь русского языка под ред. Д. Н. Ушакова, М.:2010 г.

3. Приехали: мусор закрывает дорогу в космос. Сообщение сайта expansion.mubb.ru от 17 мая, 2011 г.

4. Реймерс Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник,М.: «Мысль», 1990 г.,639 С.

5. Дедю. И. И. Экологический энциклопедический словарь, Кишинёв: Главы, ред. МСЭ, 1989 г., 408 С.

6. Ожегов С.И. Словарь русского языка., М.: Русский язык, 1981 г., 816 с.

7. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983 г.,928 С.

8. Мусор. Коллекция фактов. Интернет-издание «Экология в мире» от 22.06.2008г

9. Кац Я.Г., Комарова Н.Г., Ушакова И.С. Экологические основы природопользования. Словарь-справочник москвича. М.: Издание МГУ, 2000 г.

10. Даль В. Толковый словарь живого великорусского языка, С.-Петербург, Москва, 1881 г.

11. Ожегов С.И. Словарь русского языка., М.: Русский язык, 1981 г., 816 с.

12. Околоземное космическое пространство. Интернет-издание Метеоэнциклопедия.

13. Рыхлова Л.В., Баканас Е.С. Околоземное космическое пространство: Мусор искусственный и мусор естественный.

14. Романов В.И. и др. «Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду». Справочное пособие, М.: «Анкил», 2000 г., 640с.

15. Муртазов А.К. Экология околоземного космического пространства. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004 г. — 304 с.

16. Американцы решили разрезать старые спутники в космосе и использовать полученные детали для новых спутников. Сообщение membrana.ru/particle/169987utm… от 24 Октября 2011 г.

17. Часть космического мусора послужит на благо человечеству, mosplanetarium. Сообщение сайта http://innovanews.ru/info/news/hightech/6468/ Oct. 26th, 2011 г.

18. DARPA сделает космический мусор антенной зомби-сетью. Сообщение CNews от 25 октября 2011 г.

19. Технологии» Космос» Ученые создают робота для починки спутников прямо на орбите Новости Students.ru от 8-10-2008 г. Источник — http://newsland.ru/News/Detail/id/303435/cat/69

20. Приехали: мусор закрывает дорогу в космос. Сообщение сайта expansion.mubb.ru от 17 мая, 2011 г.

21. Иойрыш А. И., Яскин С. А. Позволяет ли закон удалять радиоактивные отходы в космос? «Земля и Вселенная» № 5, 1993 г.

22. Мозжорин А. Доклад на Второй ежегодной международной конференции «Космическая изоляция радиоактивных атомных отходов — очистка биосферы». Калининград, 12–14 января 1993 г.

23. Космический мусор. Росбалт. RU от 05.12.2010 г.

24. Космический мусор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии.

25. Сообщение журнала «Наука и жизнь» 1981, № 10, с. 112–113.

26. Ветров В.А., Казаков С.В. Природопользование и ядерная энергетика в России, М.:Атомэнергоиздат, 2010 г., 416с.

27. Железняков А. "Ядерное созвездие: история создания и эксплуатации отечественных космических аппаратов с ядерными энергетическими установками", Космический Мир. Энциклопедия "Космонавтика", 06.10.2002 г.

28. Наблюдение искусственных спутников Земли Сообщение сайта http://www.sat.belastro.net/index.php.

29. Муртазов А. К. Физические основы экологии околоземного пространства. РЯЗАНЬ-2008 г.

30. Сообщение сайта www.nature.ru. от — 27 августа 2001 г.

31. Сообщение сайта www.nature.ru. от 24 декабря 2000 г.

32. Как ходят в туалет на космическом корабле. Техноновости

от 15.3.2011 г. Русская версия Invision Power Board (http://www.invisionboard.com) «ПЛАНАР-СИТИ».

33. Вольвач А.Е., Румянцев В.В., Молотов И.Е. и др. Исследования фрагментов космического мусора в геостационарной области,"Космическая наука и технология" (НКАУ), 19 сентября 2006 г.

34. Лескова Н. Космическая деятельность на сегодня антиэкологична". Журнал "Огонёк". № 31 (5190). 08.08.2011 г.

35. Федеральное космическое агентство (Роскосмос). Космический мусор: десерт для бактерий. Сообщение от 23.10.2010 г.

36. Фрадкин В. Космический мусор — поддаётся ли решению эта проблема? «Немецкая волна» от 29.12.2011 г.

37. Представлен оригинальный способ удаления космического мусора. — Новости / Наука и техника, от 13. Апреля.2011 г. Информация сайта arXiv.Compulenta.ru.

39. Мартин Дж. Вход в атмосферу, М.:МИР, 1969 г.

40. РОСТ Р 52985-2008 Экологическая безопасность ракетно-

космической техники. Общие технические требования.

4Е Кисляков А. Пугало в космосе. Инфо ШОС от 05.06.2009 г. http://infoshos.ru/ru/?idn=4345.

42. Большая медицинская энциклопедия. Второе издание в 36 томах (1956–1964 годы) под редакцией академика А. Н. Бакулева.

43. Национальный стандарт российской федерации ЕОСТР 52925-2008 (изделия космической техники). Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. РОСТ Р 52925—2008.

Краткий тематический словарь

А

абляция — разрушение поверхности тела (обычно метеорита) из-за сопротивления среды, возникающее при прохождении тела через земную (или любой другой планеты) атмосферу.

авторегуляция (в природе) — система взаимодействий в природе, основанная на прямых и обратных связях и ведущая в соответствии с принципом Ле Шателье к динамическому равновесию или самоорганизации и саморазвитию всей системы.

аккреция — (лат. accretio — приращение, увеличение). Падение вещества из окружающего пространства на небесное тело.

активность солнечная — совокупность нестационарных процессов в атмосфере Солнца: пятна, факелы, вспышки,

корональные конденсации, флоккулы и др.

альбедо — в общем случае отношение полного потока излучения, отраженного телом во всех направлениях, к полному падающему потоку.

антропоцентризм — воззрение, согласно которому человек является центром Вселенной и целью всех совершающихся в ней событий.

апогей — наиболее удаленная от Земли точка орбиты небесного тела, обращающегося вокруг неё.

артебиосфера — (лат. arte — искусственный). Слой биосферной колонизации в околоземном космическом пространстве, в котором находятся обитаемые космические станции и корабли.

Астрономическая единица длины (а.е.) — единица расстояний, равная среднему расстоянию Земли от Солнца. 1а.е. = 149,6 млн. км.

астероиды (малые планеты) — небольшие планетоподобные тела неправильной формы, орбиты наибольшего числа которых находятся между орбитами Марса и Юпитера.

астроботаника — наука, занимающаяся исследованием характеристик земных растений с целью определения возможности существования подобных на других планетах. Основана Г.А. Тиховым, проводившим такие исследования в отношении Марса.

атмосфера — газовый слой, окружающий поверхности некоторых планет.

— захваченная — атмосфера планеты, появившаяся при ее образовании в результате аккреции и сохранившаяся в последующем.

— Земли — масса составляет величину порядка 5.910^18 кг. Состав: азот — 78.08 %, кислород — 20.29 %, аргон —0.93 %, водяной пар — 0.2–2.6 %, углекислый газ — 0.035.

— однородная — модель атмосферы, плотность и температура которой по всей толщине соответствуют параметрам вблизи поверхности, планеты. Масса однородной атмосферы соответствует массе реальной атмосферы, поэтому её высота используется во многих расчетах.

— солнечная — внешняя газовая оболочка Солнца, включающая в себя фотосферу, хромосферу и корону.

афелий — наиболее удаленная от Солнца точка орбиты небесного тела в Солнечной системе.

Б

биоастрономия — наука, занимающаяся проблемами поиска планет в других звёздных системах, исследованием эволюции планет и возможности зарождения на них жизни, поиском органических молекул во Вселенной, примитивной биологической активности, а также организацией поиска сигналов от внеземных цивилизаций и проявления их деятельности на Земле.

биосфера — область существования и функционирования всей совокупности живущих ныне организмов. Охватывает нижнюю часть атмосферы до озонового слоя, гидросферу до дна самых глубоких впадин, верхнюю часть литосферы до глубины около 4 км. По В.И. Вернадскому является активной оболочкой Земли, где совокупная деятельность земных организмов и человека проявляется как геохимический фактор планетарного значения. Близка к понятию «географическая оболочка».

Боли́д (греч. βολίδος; от βολίς — метательное копьё) — метеор яркостью не менее −4m (ярче, чем планета Венера), либо имеющий заметные угловые размеры. Международный астрономический союз не имеет официального определения понятия «болид». Особо яркие болиды иногда называют суперболидами.

Болиды часто оставляют яркий след (хвост) из пыли и ионизованных газов. Метеориты, перед выпадением на Землю, видны как болиды. Полёт может сопровождаться звуком и/или нарушением радиосвязи. Крупные болиды можно наблюдать днём. Явление изучается метеоритикой.

В

весна — время года, переходный период между зимой и летом. В астрономическом понимании — промежуток времени от момента весеннего равноденствия до летнего солнцестояния.

ветер солнечный — поток заряженных частиц, вылетающих радиально из солнечной короны со скоростями порядка 400 км/с вблизи Земли. Вместе с «вмороженным» в него магнитным полем деформирует магнитосферы планет, формирует газовые хвосты комет.

воздействие

— антропогенное — сумма прямых и опосредованных влияний человечества на что-либо.

— антропогенное на природу — прямое осознанное или косвенное и неосознанное воздействие человеческой деятельности, вызывающее изменение природной среды.

— глобальное — воздействие естественных или антропогенных факторов на биосферу Земли в целом.

— на климат — изменение глобальной энергетики Земли вследствие антропогенных воздействий: накопление углекислого газа, изменения плотности озонового слоя, загрязнение атмосферы, прямые выбросы энергии и т. д.

воздух атмосферный — эволюционно сложившийся состав нижнего слоя атмосферы.

Г

гелиобиология — наука о солнечно-биологических связях, основы которой заложены в начале XX в. А.Л. Чижевским.

геоид — эквипотенциальная поверхность гравитационного поля Земли. В каждой её точке сила тяжести направлена по нормали к ней, и совпадает со средним уровнем Мирового океана.

геосистема — природная система, состоящая из взаимообусловленных компонентов, принадлежащих литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере, функционирующая и развивающаяся во времени как единое целое. Является понятием территориально неопределенным, отражающим системные свойства (целостность, взаимосвязь) разнородных элементов.

геосфера — концентрические, сплошные или прерывистые оболочки Земли, различающиеся между собой по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам. Выделяют магнитосферу, атмосферу, гидросферу, литосферу, мантию и ядро.

геофизика — комплекс наук о Земле, изучающих внутреннее строение, физические свойства и процессы, происходящие в геосферах.

геоэкология — практический раздел экологии, наука о взаимодействии геосистем, биосистем и социально-производственных систем. Особое внимание обращает на антропогенные воздействия, разработку рекомендаций по рациональному природопользованию и охране природы.

— космическая — изучение экосистем аппаратурой, установленной на искусственных спутниках Земли.

гетеросфера — часть атмосферы, располагающаяся выше гомопаузы (с высот около 120 км для Земли), состав которой определяется диффузией.

гомеостаз — (греч. homoios — подобный, stasis — неподвижность). Состояние подвижного равновесия гео— или экосистемы, поддерживаемое сложными приспособительными реакциями, постоянной функциональной саморегуляцией природных систем в соответствии с принципом Ле Шателье.

Д

дегазация — выделение недрами планеты газов, могущих оказывать существенное влияние на процессы в её атмосфере (например, на состояние озонового слоя в атмосфере Земли).

день полярный — промежуток времени, когда Солнце как минимум сутки не заходит за горизонт. Продолжительность полярного дня на полюсах Земли составляет 189 суток.

диссипация — явление ускользания газов из атмосфер небесных тел, вызванное тепловым движением молекул. В частности, водород, образующий корону Земли, является продуктом диссоциации молекул воды под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, и дальнейшей диссипации атомов из атмосферы.

дождь метеорный — метеорный поток весьма большой интенсивности. Один из наиболее интенсивных метеорных потоков — Леониды, встреча с которым давала в 1799, 1833, 1866 и 1966 гг. рекордные числа метеоров.

дыра озоновая — обширные области в озонном слое с заметно (до 50 %) пониженным его содержанием. Темпы её расширения составляют в последнее десятилетие около 4 % в год над Антарктикой и несколько меньше в арктических областях. Появление озоновых дыр связывают в основном с техногенной деятельностью.

Ж

жизненность — степень стойкости живых организмов к нарушениям и резким изменениям окружающей среды. Её критериями служат: интенсивность размножения и выживания потомства, конкурентоспособность при межвидовых и внутривидовых отношениях, оптимальная численность особей, приспособленность к условиям абиотической среды. Весьма важны исследования жизненности при проведении экспериментов на околоземных орбитах и в открытом космосе.

3

загрязнение

— околоземного пространства естественное — осколки небесных тел (метеороидов, комет), космическая пыль, газ, заполняющие околоземное космическое пространство.

— околоземного пространства искусственное — техногенные отходы: осколки космических аппаратов и ракет-носителей,

различных составляющих их конструкций (в том числе ядерных реакторов), отходы топлива, собственной атмосферы ИСЗ на околоземных орбитах. Кроме того, загрязнение околоземного пространства электромагнитными полями (излучениями, в т. ч. радиоактивными) техногенного происхождения.

— радиоактивное — форма физического загрязнения, связанная с попаданием в окружающую среду радиоактивных элементов.

закон

— минимума (Ю. Либиха) — жизненность организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

— необратимости эволюции (Л. Полло) — эволюция необратима: организм (популяция, вид) не может вернуться к состоянию, уже ранее осуществленному в ряду его предков._

— сохранения — в применении к экологии закон сохранения имеет в своей основе биотический круговорот веществ.

— толерантности (В. Шелфолда) — процветание организма ограничено зонами минимума и максимума определённых экологических факторов; между ними располагается зона экологического оптимума. Каждый вид характеризуется способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных — толерантностью.

— (ы) общей экологии (Б. Коммонера) — 1.всё связано со всем; 2.всё должно куда-то деваться; 3.природа знает лучше; 4.ничто не даётся даром.

— постоянства количества живого вещества — по В.И.

Вернадскому количество живого вещества биосферы для данной геологической эпохи постоянно.

землеведение космическое — совокупность исследований Земли из космоса с помощью аэрокосмических методов и визуальных наблюдений.

Земли фигура — форма геометрического тела, лучше всего удовлетворяющая форме Земли. Трехосный эллипсоид Красовского: а = 6378,2 км, b = 6356,9 км,/= 1/298,3, е = 0,08. Его максимальное отклонение от геоида составляет ~ 100 м.

Земля — третья планета Солнечной системы с большой полуосью орбиты около 150 млн. км и периодом обращения 365,26 сут. Её масса составляет 5,98'Ю10^24 кг, диаметр 12756 м, период осевого вращения 23 час. 56 мин. Окружена плотной атмосферой с плавающими в ней облаками из водяного пара, состоящей на 78,1 % из азота, 20,9 % кислорода, 0,9 % аргона, 0,03 % углекислого газа. Поверхность на две трети покрыта водой.

Елубины до 11 км, высоты на суше до 9 км. Имеет металлическое ядро, состоящее из расплавленного железа и никеля, возможно с твёрдым центром. Температура в центре Земли — около 4000 °C. Ядро окружено силикатной мантией. Кора имеет толщину около 10 км под океанами и примерно 30 км там, где расположены континенты. Имеет один естественный спутник — Луну.

зима ядерная — резкое длительное общепланетное похолодание, вызванное экранированием солнечного излучения массами пыли и пепла, возникшими в результате ядерной войны или падения астероида.

зона — географическая территория, в пределах которой наблюдается однозначность показателей интенсивности какого-либо явления или их совокупности, либо эта интенсивность варьируется в пределах определенного интервала.

И

излучение_

— ионизирующее — поток частиц и жестких квантов электромагнитного излучения, ведущее к ионизации атомов и молекул среды. В дозах, превышающих естественные, наносит вред живым организмам.

изолинии — линии на картах, графиках и разрезах, проходящие по точкам с одинаковыми значениями какого-либо количественного показателя, характеризующего изображаемое явление.

изоповерхности — поверхности равного значения величин каких-либо характеристик, дающих представление об их пространственном распределении.

инсоляция — количество энергии Солнца, падающее на единицу площади земной поверхности в единицу времени. Определяет величину солнечной постоянной.

ионизация (атмосферы) — процесс образования положительных и отрицательных ионов и свободных электронов в атмосфере под действием главным образом коротковолнового солнечного излучения. К концу XX в. этот процесс частично определяется техногенным воздействием на атмосферу.

ионосфера — ионизированный газ (плазма) в верхней атмосфере Земли. Состоит из слоев: D (Н~70 км), Е (Н-90-120 км), F (выше Н-130 км и вплоть до 400-1000 км).

Искусственный спутник Земли (ИСЗ) — космический аппарат, вращающийся вокруг Земли по геоцентрической орбите.

Для движения по орбите вокруг Земли аппарат должен иметь начальную скорость, равную или немного большую первой космической скорости. Полёты ИСЗ выполняются на высотах до нескольких сотен тысяч километров. Нижнюю границу высоты полёта ИСЗ обуславливает необходимость избежания процесса быстрого торможения в атмосфере. Период обращения спутника по орбите в зависимости от средней высоты полёта может составлять от полутора часов до нескольких суток. Особое значение имеют спутники на геостационарной орбите, период обращения которых строго равен суткам и поэтому для наземного наблюдателя они неподвижно «висят» на небосклоне, что позволяет избавиться от поворотных устройств в антеннах.

К

климат — (греч. klimatos — наклон, имеется в виду наклон земной оси к плоскости эклиптики). Многолетний режим погоды в той или иной местности как результат процессов, непрерывно происходящих в атмосфере и деятельном слое.

климата изменения — длительные (свыше 10 лет) направленные, или ритмические изменения климатических условий на Земле в целом или ее крупных регионах.

коадаптация — взаимное приспособление в ходе эволюции, комета — тело малой плотности, состоящее из газа и пыли (в том числе радикалов CN, С_2, NH, ОН), обращающееся вокруг Солнца по эллиптической орбите (иногда сильно вытянутой). Массы комет в среднем 10^15 кг, время жизни около 100 оборотов вокруг Солнца. Периодические составляют около 4 % от всех комет. Всего известно около 100 короткопериодических комет, имеющих периоды от нескольких лет до нескольких десятков лет. Кометы являются одним из источников пыли в Солнечной системе и околоземном пространстве, загрязняя его.

— долгопериодическая — комета с вытянутой орбитой и периодом, большим 200 лет.

Кордылевского облака — облака естественного космического мусора (межпланетной пыли), располагающиеся в точках либрации L4. L5 системы Земля-Луна впереди и позади Луны на её орбите.

корона солнечная — внешняя часть атмосферы Солнца, расположенная над хромосферой. Температура порядка 10^6, плотность около 10–16 г/см^3.

космос ближний — включающий в себя верхние слои ионосферы и магнитосферу.

М

магнетизм

— земной — магнитное поле Земли, существование которого обусловлено действием постоянных источников, расположенных внутри планеты (гидромагнитное динамо), создающих основной компонент поля (99 %), а также электрических токов в магнитосфере и ионосфере (~1 %).

материя межпланетная — корпускулярное и электромагнитное излучение Солнца, газо-пылевое облако, в которое погружена Солнечная система.

мезопауза — температурный минимум, разделяющий мезосферу и термосферу на высотах 80–90 км.

мезопик — температурный пик на высотах 20–25 км, разделяющий стратосферу и мезосферу. Обусловлен поглощением солнечной радиации озоном.

мезосфера — область земной атмосферы, расположенная непосредственно над стратосферой с температурой 210–270 К на высотах 20-100 км.

метеор — световое явление в атмосфере на высоте 130-80 км, возникающее при попадании и сгорании в ней метеорного тела. Воспринимается как «падающая звезда».

метеорит — остаток упавшего на Землю метеорного тела. В среднем в год выпадает около 2000 метеоритов, составляющих вместе с метеоритной пылью массу около 100 т. Метеориты делятся на три больших класса: железные, каменные и железо-каменные.

метеороид — в общем случае любое метеорное тело в Солнечной системе.

микроклимат — климат приземного слоя воздуха на небольшой территории._

миникометы — рыхлые ледяные тела, покрытые слоем пыли, размерами порядка 10 м, массой около 100 т. При попадании в атмосферу Земли с частотой около 10 в год взрываются, загрязняя ее верхние слои. Энергия взрыва оценивается от нескольких до сотен килотонн.

Млечный Путь — 1. светящаяся полоса на небесной сфере, состоящая из неразрешимых глазом звёзд и туманностей; 2.название нашей Галактики.

мониторинг — (лат. monitor — надзирающий). Наблюдение и оценка состояния природной среды под влиянием антропогенных воздействий с целью рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Основным принципом мониторинга является его непрерывность.

— глобальный — слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере Земли и её экосфере, включая все их экологические компоненты и предупреждение о возникающих экстремальных ситуациях.

— околоземного пространства — наблюдения и контроль естественного и антропогенного загрязнения; выработка методов оценки состояния околоземного пространства как части природной среды; разработка прогноза возможных последствий возрастающей антропогенной нагрузки на околоземное пространство.

мусор космический — осколки тел естественного происхождения в околоземном пространстве. Его источниками являются астероиды, кометы и метеорные потоки.

Н

нагрузка антропогенная — степень прямого или косвенного воздействия людей и их хозяйственной деятельности на природу в целом или на ее отдельные экологические компоненты и элементы.

нарушение экологическое — отклонение от обычного состояния экосистемы любого иерархического уровня организации (от биогеоценоза до биосферы). Если оно недостаточно для необратимого разрушения экосистемы, то последняя способна самовосстанавливаться до относительно прежнего состояния в соответствии с принципом Ле Шателье.

ниша экологическая — место вида в природе, включающее как его положение в пространстве, так и функциональную роль в сообществе и положение относительно абиотических условий существования. Всю биосферу можно рассматривать как экологическую нишу человека.

ноосфера — «сфера разума», высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором её устойчивого глобального развития. Учение о ноосфере разработано В.И. Вернадским.

О

оболочка

— биогеоценотическая — совокупность биогеоценозов поверхности Земли толщиной 200–300 м на суше.

— географическая — природный комплекс, возникший в слое взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы и сформировавшийся под действием солнечной энергии и органической жизни. Включает в себя нижние слои атмосферы, верхние слои литосферы, почти всю гидросферу и всю биосферу.

океан мировой — глобальная совокупность всех земных океанов и морей объёмом 1,4'10 км^3. Занимает 70.8 % земной поверхности.

опасность астероидно-кометная — опасность того, что астероиды и кометы, имеющие вытянутые орбиты с перигелием, близким к Солнцу, могут столкнуться с Землей. Из астероидов к таким принадлежат малые планеты групп Амура, Аполлона, Атона.

осень — время года, переходный климатический сезон между летом и зимой. В астрономическом понимании промежуток времени между моментом осеннего равноденствия и зимнего солнцестояния.

отходы техногенные в космосе — совокупность вышедших из строя космических аппаратов, их обломков, остатки топлива ракет-носителей и собственных атмосфер спутников.

П

панспермия — гипотеза, согласно которой жизнь в виде спор переносится в космосе с одной планеты на другую.

погода космическая — состояние околоземного космического пространства, обусловленное активностью Солнца, условиями в солнечном ветре, магнитосфере, ионосфере и термосфере Земли. Это понятие введено в 1994 г. В настоящее время космическая погода определяется и публикуется каждый день различными организациями, такими как ИЗМИР АН в России или NOAA Space Environment Center Boulder (Colorado) в США.

поток метеорный — 1.явление множественного падения метеоров в течение нескольких часов из одного радианта; 2. рой метеорных тел, движущихся по одной орбите вокруг Солнца. Обычно состоит из тел низкой плотности и является продуктом распада комет.

Принцип

— антропный — разумная жизнь во Вселенной является необходимым следствием её фундаментальных свойств.

— Гюйгенса — жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи.

— Ле Шателье-Брауна — изменение любых переменных в системе в ответ на внешние воздействия идет в направлении компенсации этих воздействий (отрицательная обратная связь).

— Онсагера — наиболее вероятен тот тренд эволюции, на котором обеспечивается минимальная диссипация энергии, то есть эволюция всегда направлена на снижение рассеяния энергии и минимальный рост энтропии.

Природа — замкнутая, самодостаточная, саморазвивающаяся система, которая без вмешательства человека поддерживается в равновесном состоянии (исключение представляют природные катастрофы).

Природная среда — среда обитания и производственной деятельности человека, включая элементы искусственно созданной среды.

Природные ресурсы — ресурсы, образовавшиеся в природной среде в результате природных естественных процессов. Они состоят из природных условий, к которым можно отнести солнечное излучение, тепло Земли, рельеф местности, климат и т. п. и собственно природных ресурсов — элементов литосферы, гидросферы и атмосферы, используемых в производственной деятельности или в сфере потребления. Экономические границы между природными условиями и собственно природными ресурсами подвижны. Использование силы ветра в качестве источника энергии превращает его из просто природного фактора в хозяйственный ресурс.

природопользование рациональное — система деятельности, призванная обеспечить наиболее эффективный режим воспроизводства и экономной эксплуатации природных ресурсов с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и здоровья людей.

пространство

— межпланетное — область космического пространства, состоящая из вещества, движущегося вокруг Солнца под действием его тяготения внутри его плазмы, пронизанная корпускулярным и электромагнитным излучением.

— околоземное космическое — область от слоев нейтральной земной атмосферы (точнее, нижних орбит зоны пилотируемой космонавтики ~ 160–200 км) вплоть до лунной орбиты или, по некоторым представлениям — до границы сферы действия Земли (930 тыс. км) общим объёмом порядка 10^15—10^18 км^3

Процессы

— географические — процессы формирования, функционирования и развития геосистем. Сопровождаются изменением свойств и состава геосистем, их границ и взаимосвязей. Подразделяются на вещественные, энергетические или информационные, а также процессы взаимодействия природы и общества.

— экзогенные — процессы, происходящие на поверхности Земли, обусловленные, главным образом, энергией солнечного излучения, силой тяжести и жизнедеятельностью организмов.

— эндогенные — процессы, происходящие за счёт энергии, выделяемой внутри Земли при магматических, тектонических и метаморфических процессах.

пыль — совокупность мелких взвешенных в атмосфере планеты частиц размерами 10-410-6 способных в отличие от дыма оседать при безветрии.

— межзвездная — мелкие твёрдые силикатные и графитовые частицы в межзвездном пространстве, расположенные вместе с межзвёздным газом в плоскости Галактики.

— межпланетная — смесь межзвездной пыли с пылью, образованной кометами и остатками метеорной материи.

С

саморегуляция — способность экологической системы к восстановлению баланса внутренних свойств после какого-либо природного или антропогенного воздействия.

Слой

— пограничный — слой атмосферы планеты, тепловые и динамические свойства которого определяются воздействием её поверхности.

— приземный — пограничный слой воздуха земной тропосферы на высотах до 30–50 м от поверхности.

— D — самая нижняя часть ионосферы Земли (около 60 км), ответственная за отражение радиоволн.

Солнце — ближайшая к Земле звезда, центр нашей планетной системы. Является звездой главной последовательности класса G2V. Диаметр 1 392 000 км, масса 210 кг, средняя плотность 1,4 г/см^3. Эффективная температура поверхности порядка 5800 К.

социосфера — часть географической оболочки, входящая в неё наряду со сферой природных ландшафтов; включает в свой состав человеческое общество.

среда — 1.природные тела или явления, окружающие рассматриваемую экосистему и взаимодействующие с ней; 2.совокупность физических (природных) природно-антропогенных (культурных ландшафтов и населённых мест) и социальных факторов жизни человека.

— межпланетная — вещество и поля, заполняющие Солнечную систему. Основными компонентами являются солнечный ветер, межпланетное магнитное поле, частицы высокой энергии, пыль и нейтральный газ. Средняя плотность в районе земной орбиты 10"24 г/см^3.

Т

тектит — небольшое тело метеорного происхождения с аморфной стеклообразной структурой. По одной из гипотез, образовались при ударе крупного метеора или астероида о земную поверхность с выделением большого количества теплоты, тело

— метеорное — частица, обращающаяся вокруг Солнца.

— родительское — астероид, комета или другое тело, фрагментом которого является метеорное тело.

техносфера — часть биосферы, коренным образом преобразованная человеком.

У

удар звуковой — звуковая ударная волна, возникающая при превышении летящим телом скорости звука в атмосфере.

Ф

фитосфера — поверхностный слой над Землей (до 150 м), где условия среды в значительной мере определяются зелёной растительностью.

фотосинтез — синтез органических веществ продуцентами с помощью световой энергии.

X

хвост

— кометный — хвост кометы, направленный из головы кометы от Солнца. Его длина достигает в некоторых случаях 10 км, средняя плотность 10–18 г/см^3. Под влиянием светового давления отклоняется в сторону, противоположную Солнцу.

Ц

цикл

— солнечный — 11-летняя периодичность солнечной активности. Его нарушения (полное отсутствие пятен) случались за эпоху телескопических наблюдений три раза. Последний — с 1900 г. по 1920 г.

циркуляция атмосферы

— общая — перемешивание слоев атмосферы, обусловленное различным их нагревом солнечным излучением.

— локальная — перенос воздушных масс над сравнительно небольшой территорией или акваторией размером от сотен м до десятков км.

цунами — гигантские волны на поверхности океана, возникающих в результате подводных извержений вулканов, землетрясений, падений крупных астероидов. Могут приводить к глобальным бедствиям катастрофического характера.

Э

эволюция экосистемы (биогеоценоза) — процесс непрерывного, одновременного и взаимосвязанного изменения видов и их взаимоотношений, внедрения новых видов в экосистему и выпадения из нее некоторых видов, ранее в неё входивших, совокупного воздействия на абиотические экологические компоненты и обратного влияния этих измененных компонентов на живые составляющие экосистемы.

экватор

— геомагнитный — большой круг на поверхности Земли, плоскость которого перпендикулярна геомагнитной оси.

— небесный — большой круг небесной сферы, по которому её пересекает плоскость земного экватора.

— планеты — условная линия разреза планеты на две равные полусферы.

экзобиология — комплекс наук об организмах, живущих вне Земли.

экология — (греч. oikos — дом, жилище, местоприбывание, + logos — слово, учение). Наука о взаимоотношении организмов и образуемых ими сообществ с абиотическими и биотическими экологическими факторами.

— глобальная — изучает воздействие различных факторов на биосферу Земли в целом, в частности взаимодействие биосферы Земли и околоземного космического пространства, которое является для нее окружающей средой.

— инженерная — часть промышленной экологии, связанная с разработкой и применением технологических методов регулирования воздействия на окружающую среду.

— космическая — изучает малые пространственно замкнутые системы длительного поддержания жизнедеятельности человека в космических аппаратах.

— космоса — подразумевает у большинства авторов прежде всего изучение антропогенных воздействий на космическое пространство.

— физическая — исследующая взаимосвязь биосферы с окружающей ее средой методами физических наук.

эффект-парниковый — эффект поглощения инфракрасного излучения водяными парами и молекулами углекислого газа, за счёт которого поднимается температура атмосферы (на 40 К в земной атмосфере и на 300 К в атмосфере Венеры).

Я

ядро — центральная часть какого-либо образования.

— земное — центральная часть Земли радиусом около 3400 км со средней плотностью порядка 10 г/см^3, состоящая из расплавленного железа с примесью легких элементов.

— кометное — звездообразное тело в голове кометы, состоящее из замороженных газов и пыли.

Приложение № 1

Таблица экскретов и порождаемых ими проблем[1]

Приложение № 2

Выдержки из «Национального стандарта» по требованиям к космическим средствам ограничения техногенного засорения ОКП

1. Область применения

Настоящий стандарт [43] устанавливает общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства.

Требования настоящего стандарта распространяются на вновь создаваемые и модернизируемые космические средства научного, социально-экономического (в том числе исследующие дальний космос), коммерческого и специального (оборонного) назначения. Требования настоящего стандарта применяют на всех этапах жизненного цикла космических средств: этапах разработки тактико-технического задания (технического задания) ТТЗ (ТЗ). проектирования, изготовления, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, утилизации.

3. Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 околоземное космическое пространство: По ГОСТ 25645.103.

3.2 космическое средство: Техническое средство, включающее в себя орбитальные средства и средства выведения, предназначенное для решения задач освоения и испопьзования космического пространства.

3.3 орбитальное средство: Космическое средство, предназначенное для функционирования на орбите.

3.4 средство выведения: Космическое средство, предназначенное для доставки орбитальных средств с поверхности Земли в заданные обпасти космического пространства с заданными параметрами движения.

3.5 космический объект: По ГОСТ Р 25645.167.

3.6 активное функционирование космического объекта:

Функционирование космического объекта на орбите в соответствии со своим целевым назначением.

3.7 космический мусор: Все находящиеся на околоземной орбите космические объекты искусственного происхождения (включая фрагменты или части таких объектов), которые закончили свое активное функционирование.

3.8 техногенное засорение: Процесс образования новых объектов, пополняющих состав космического мусора в околоземном космическом пространстве.

3.9 операционный элемент: Космический мусор, образующийся при отделении технологических элементов от космического аппарата, ракеты-носителя, разгонного блока в околоземном космическом пространстве в процессе штатных процедур вывода и активного функционирования космического аппарата на орбите.

3.10 пассивация: Удаление всех запасов энергии на борту космического средства, а также его отдельных систем по завершении его функционирования.

3.11 рабочая орбита: Орбита, на которой космический аппарат осуществляет целевое функционирование.

3.12 защищаемая область геостационарной орбиты: Сегмент сферической оболочки околоземного космического пространства, определяемой из условий:

• минимальная высота равна высоте геостационарной орбиты минус 200 км;

— максимальная высота равна высоте геостационарной орбиты плюс 200 км:

— минус 15е < широта £ плюс 15°;

— высота геостационарной орбиты равна 35786 км.

3.13 защищаемая низкоорбитальная область: Сферическая область околоземного космического пространства с высотой не более 2000 км от поверхности Земли.

3.14 область увода космического объекта (зона захоронения): Область околоземного космического пространства, в которую выводится космический объект после окончания активной работы в целях уменьшения опасности его столкновения с другими космическими объектами.

3.15 высокоэллиптическая орбита: Орбита космического объекта, имеющая эксцентриситет более 0.4.

3.16 время орбитального существования космического объекта:

Период времени от момента выведения космического объекта на рабочую орбиту до его входа в плотные слои атмосферы.

3.17 плотные слои атмосферы: Область атмосферы, в которой космический объект не может двигаться по замкнутой баллистической траектории.

5. Общие положения

5.1 Основными источниками техногенного засорения ОКП являются:

— непреднамеренные взрывы космических средств;

— самоликвидация КА (систем КА) после окончания их активного функционирования или в результате возникновения аварийной ситуации:

— выброс в ОКП операционных элементов (пружин, толкателей, фрагментов пироболтов и др.);

— ступени PH. РБ и КА по завершении их активного функционирования;

— разрушения КО вследствие их столкновений на орбите друг с другом ил и с частицами естественного происхождения;

— выбросы несгоревшего топлива ДУ;

— эрозия материалов с поверхности КА;

— тросовые системы, отделяющиеся после их использования;

— выбросы в ОКП средств обеспечения жизнедеятельности пилотируемых КА.

5.2 Космические средства должны быть сконструированы так. чтобы исключить образование КМ в ОКП. В случаях, если это требование невыполнимо, любое образование КМ должно быть минимизировано по количеству, занимаемой области и срокам пребывания КМ на орбите.

Основными мерами ограничения техногенного засорения ОКП являются:

— предотвращение образования КМ в процессе штатных операций космических средств;

— предотвращение возможных разрушений космических средств, в том числе вследствие их взрыва:

— увод с рабочих орбит космических средств после окончания их активного функционирования;

• предупреждение столкновений космических средств на орбите;

— сокращение сроков баллистического существования космических средств после окончания их активного функционирования.

5.3 Требования настоящего стандарта к космическим средствам по ограничению техногенного засорения ОКП должны включаться в виде отдельного раздела в ТТЗ (ТЗ) на модернизируемые и вновь создаваемые космические средства.

5.4 В проектную и эксплуатационную документацию на все космические средства должны включаться конкретный состав и содержание конструктивных и организационно-технических мероприятий по реализации требований ТТЗ (ТЗ) по ограничению техногенного засорения ОКП. а также соответствующее обоснование этих мероприятий.

5.5 При планировании программ, проектов или экспериментов, предусматривающих запуск космических средств на орбиту, необходимо, чтобы траектории этих объектов могли надежно определяться с использованием имеющихся средств наблюдения.

5.6 При планировании и выполнении требований раздела 6 должна учитываться стоимость работ по реализации этих требований.

5.7 Органы сертификации при выполнении экспертизы изделий космической техники должны проводить анализ выполнения требований по ограничению техногенного засорения ОКП.

5.8 Каждый случай техногенного засорения ОКП. в том числе не связанный с выполнением требований раздела 6. должен анализироваться, при этом должны выявляться причины возникновения таких ситуаций, разрабатываться рекомендации по их предотвращению.

5.9 Контроль за выполнением заданных требований к изделиям космической техники по обеспечению ограничения техногенного засорения ОКП осуществляет заказчик этих средств.

6. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства

6.1 Общими требованиями по ограничению техногенного засорения ОКП при выполнении штатных операций должны быть:

— исключение образования фрагментов КМ от средств разделения и отделения полезной нагрузки КА. выполненных на основе пиро-, пневмозамков, толкателей различных типов, предохранительных крышек и пружин приборов КА, а также выброса фрагментов средств разделения на основе пироболтов, удлиненных кумулятивных зарядов, пироножей и пирогильотин;

— исключение выброса фрагментов сопловых заглушек, сопловых крышек и других элементов ДУ;

— втягивание троса внутрь КА после использования тросовых систем;

— исключение неорганизованного выброса в ОКП твердого мусора при использовании пилотируемых орбитальных средств:

— конструкция орбитальных средств, предназначенных для функционирования в области ГСО с тем, чтобы в процессе их функционирования от них не отделялась ДУ. Если отделение ДУ неизбежно, то его следует производить на такой орбите, при движении по которой ДУ всегда будет находиться вне защищаемой области ГСО.

6.2 Общие требования по предотвращению разрушений космических средств

6.2.1 Предотвращение непреднамеренных разрушений орбитальных средств и средств выведения в процессе функционирования При проектировании и разработке орбитальных средств и средств выведения следует проводить анализ возможных эффектов и вероятных отказов, способных привести к случайным разрушениям этих средств.

В процессе функционирования орбитальные средства и средства выведения должны периодически проверяться для выявления и прогнозирования событий, которые могут привести к их разрушениям или потере управляемости. В конструкторской документации на разработку космических средств должны быть предусмотрены мероприятия, которые будут выполняться в случае обнаружения таких событий, включая, в случае невозможности предотвращения этих событий, мероприятия по уводу с орбиты КА и их пассивации.

6.2.2 Предотвращение преднамеренных разрушений космических средств

При проектировании и разработке орбитальных средств и средств выведения следует исключать преднамеренное разрушение орбитальных средств и средств выведения (саморазрушение, преднамеренное столкновение и др.), а также другие действия, которые могут повлечь за собой образование КМ и существенно увеличить риск столкновения с КО.

Допускаются штатные операции разделения орбитальных средств и средств выведения с ядерными энергетическими установками на борту, если указанные штатные операции отвечают требованиям радиационной безопасности [1].

Допускается самоликвидация орбитальных средств и средств выведения непосредственно перед их входом в плотные слои атмосферы для уменьшения риска падения крупных КО на Землю. На штатных орбитах самоликвидация орбитальных средств и средств выведения (в том числе специальных КА) не допускается.

6.2.3 Предотвращение разрушений космических средств после окончания их активного функционирования.

Для предотвращения (сведения к минимуму вероятности возникновения) случайных взрывов орбитальных средств и средств выведения после окончания их активного функционирования необходимо:

а) проводить пассивацию:

— удаление остатков топлива из баков орбитальных средств и средств выведения, а также остатков топлива и газов наддува из всех полостей ДУ, путем дожигания или дренажа для предотвращения случайных разрушений вследствие повышения давления или протекания химических реакций при воздействии факторов космического пространства;

— разрядку батарей и размыкание зарядных пиний:

— стравливание газов из баллонов высокого давления до уровня давления, гарантирующего отсутствие возможности любых разрывов и разрушений, приводящих к образованию КМ;

— разгрузку (прекращение вращения) маховиков, гироскопов и других аналогичных механических устройств;

б) сохранять трубопроводы системы терморегулирования в герметизированном состоянии;

в) применять такую конструкцию пиротехнических элементов космических средств, чтобы исключалось их срабатывание под действием ударов частиц КМ.

Примечание — Требования 6.2.1 не относятся к космическим средствам, для которых предусмотрен контролируемый вход в атмосферу Земли с целью уничтожения (затопления) по завершении их активного функционирования.

6.3 Общие требования к предотвращению столкновений космических средств с космическими объектами

6.3.1 При планировании запуска орбитальных средств и средств выведения должны проводиться оценка риска столкновений запускаемых орбитальных средств и средств выведения с каталогизированными КО и соответствующий выбор временных интервалов запуска с целью минимизации риска столкновений.

6.3.2 В программах долговременного полета орбитальных средств с экипажем на борту должны быть предусмотрены мероприятия по уменьшению вероятности столкновений с каталогизированными КО.

6.3.3 Конструкция орбитальных средств должна обеспечивать их максимальную защиту от разрушений при столкновении с космическим мусором, которые могут привести к образованию нового космического мусора.

6.4 Требования по уводу космических средств по окончании их функционирования в зоны захоронения или на орбиты с ограниченным сроком баллистического существования

6.4.1 Орбитальные средства и средства выведения, функционирующие в области ГСО. по окончании функционирования должны быть удалены от ГСО так. чтобы исключить их столкновения с КО. которые продолжают находиться в области ГСО

6.4.2 Все орбитальные средства и средства выведения, которые завершили функционирование и находятся в области НОО. или проходят через нее (включая КО на ВЭО) или могут оказаться там в процессе последующего движения, должны быть уведены на орбиту, на которой обеспечивается одно из приведенных ниже условий:

— продолжительность пассивного баллистического существования за счет действия остаточной атмосферы не превышает 25 пет;

— для исключения возможности входа в область НОО осуществляется увод в зону захоронения.

6.4.3 Орбитальные средства, конструкция которых не предусматривает возможность изменения параметров орбиты или маневрирования после окончания их функционирования, должны выводиться на орбиты в области НОО с временем пассивного баллистического существования не более 25 лет.

6.4.4 Для орбитальных средств, содержащих на борту радиоактивные, токсичные или другие вредные вещества, увод с орбиты должен производиться так. чтобы исключить неприемлемое загрязнение этими веществами атмосферы или поверхности Земли.

Примечания

1

По материалам работы [1].

Content

Вадим Романов
Мусор преграждает путь в Космос

Сокращения

Введение

1. Понятия и определения, используемые в экскретологии

2. Мусорные экскреты в атмосфере и в околоземном космическом пространстве (ОКП)

З.Орбитальные отходы

4. Орбитальный техногенный мусор

5. Орбитальный космический мусор

6. Орбитальные отбросы в ОКП

7. Как избавиться от орбитальных мусорных экскретов

8. Кризис космонавтики, порождённый техногенными мусорными экскретами в околоземном пространстве

Заключение

Список использованной литературы

Краткий тематический словарь

А

Б

В

Г

Д

Ж

3

И

К

М

Н

О

П

С

Т

У

Ф

X

Ц

Э

Я

Приложение № 1

Приложение № 2

Примечания