Космический мусор

редактировать
Загрязнение орбиты вокруг Земли несуществующими искусственными объектами

Земля из космоса, окруженная маленькими белыми точками Созданное компьютером изображение, представляющее космический мусор, который можно было увидеть с высокой околоземной орбиты. Два основных поля обломков - это кольцо объектов на геосинхронной околоземной орбите (GEO) и облако объектов на низкой околоземной орбите (LEO).

Космический мусор (также известный как космический мусор, космический мусор, космический мусор, космический мусор или космический мусор ) - термин, обозначающий исчезнувшие созданные объекты в космосе - в основном на околоземной орбите - которые больше не полезной функции. К ним относятся заброшенные космические аппараты - нефункциональные космические аппараты и заброшенные ступени ракет-носителей - мусор, связанный с миссией, и особенно многочисленные околоземные орбите, осколочные обломки от разрушения заброшенных корпусов ракет и космических аппаратов. Помимо брошенных созданных людей объектов, оставленных на орбите, другие примеры космического мусора включают фрагменты их распада, эрозии и столкновения или даже пятна краски, затвердевшие жидкости, выброшенные космического корабля, и несгоревшие частицы от твердотопливных ракетных двигателей. Космический мусор представляет опасность для космического корабля.

Космический механизм обычно является негативным внешним воздействием - он запускает внешние механизмы для других в результате начального действия или использования космического корабля на околоземнойбите - затраты, обычно не принимаются во внимание и учитываются полностью в стоимости владельцем пусковой установки или полезной нагрузки. Несколько космических кораблей, пилотируемых, так и беспилотных, были повреждены или уничтожены космическим мусором. Некоторые участники космической отрасли.

проводят смягчение последствий и возможное удаление мусора. По состоянию на октябрь 2019 года Сеть космического наблюдения США сообщила о почти 20000 искусственных объектовх на орбите над Землей, включая 2218 действующих спутников. Однако это просто объекты, достаточно большие, чтобы их можно было отследить. По состоянию на январь 2019 года более 128 миллионов обломков размером менее 1 см (0,4 дюйма), около 900 000 обломков размером 1–10 см и около 34 000 обломков размером более 10 см находились на орбите вокруг Земли. Когда мельчайшие объекты из созданного человека космического мусора (пятна краски, твердые частицы выхлопных газов ракет и т. Д.) Группируются с помощью микрометеороидов, космические агентства иногда называют их вместе MMOD (Микрометеороид и орбитальный мусор). Столкновения с обломками стали опасностью для космических кораблей; мельчайшие объекты повреждения, подобные пескоструйной очисткой, особенно солнечным панелям и оптике, таким как телескопы или звездные трекеры, которые не могут быть легко защищены баллистическим щитом.

Ниже 2000 км (1200 миль) Земля - ​​высота, обломки плотнее метеороидов ; Большинство из них - это пыль от твердотопливных ракетных двигателей, обломки поверхностной эрозии, такие как хлопья краски, замороженная охлаждающая жидкость с RORSAT (спутники с ядерными двигателями). Для сравнения: Международная космическая станция движется по орбите в диапазоне 300–400 километров (190–250 миль), в то время как два последних космических события - антиспутниковая система Китая 2007 г. испытание оружия и столкновение со спутником 2009 г. - произошли на высоте от 800 до 900 километров (от 500 до 560 миль). МКС имеет защиту Whipple, чтобы противостоять урону от небольшого MMOD; однако известным обломков с вероятностью столкновения более 1/10 000 можно избежать путем маневрирования станции.

Содержание
  • 1.1 Рост обломков
    • 1.1.1 История обломков в годы
  • 2 Характеристики
    • 2.1 Размер
    • 2.2 Низкая околоземная орбита
    • 2.3 На больших высотах
  • 3 Источники
    • 3.1 Мертвый космический корабль
    • 3.2 Утерянное оборудование
    • 3.3 Ускорители
    • 3.4 Оружие
  • 4 Опасности
    • 4.1 Для космического корабля
      • 4.1.1 Беспилотный космический корабль
      • 4,1. 2 Космический корабль с экипажем
        • 4.1.2.1 Полеты космического корабля
        • 4.1.2.2 Мир
        • 4.1.2.3 Международная космическая станция
      • 4.1.3 Синдром Кесслера
    • 4.2 На Земле
  • 5 Отслеживание и Измерение
    • 5.1 Отслеживание с земли
    • 5.2 Измерение в космосе
    • 5.3 Диаграммы Габбарда
  • 6 Работа с мусором
    • 6.1 Снижение роста
    • 6.2 Самоудаление
    • 6.3 Внешнее удаление
      • 6.3. 1 Дистанционно управляемые автомобили
      • 6.3.2 Лазерные методы
      • 6.3.3 Сети
      • 6.3.4 Гарпун
    • 6.4 Национальные и международные нормы
  • 7 В популярной культуре
  • 8 См.
  • 9 Ссылки
    • 9.1 Также Примечания
    • 9.2 Библиография
  • 10 Дополнительная литература
  • 11 Внешние ссылки
  • История

    Косми мусор начал накапливаться на околоземной орбите сразу после первого запуска на орбиту искусственного спутника в 1957 году. После запуска Спутника-1 в 1957 году Североамериканское командование воздушно-космической обороны (NORAD) начало составляющей базы данных (Каталог космических объектов ) всех известных запусков ракет и объектов, достигающих орбиты: спутников, защитных экранов и верхних ступени ракет-носителей. НАСА позже опубликовало модифицированные версии базы данных в двухстрочном наборе элементов, начиная с начала 1980-х годов досок объявлений CelesTrak переиздала их.

    График высоты и периода обращения обломков Диаграмма Габбарда, на которой изображено почти 300 обломков от разрушения пятимесячной третьей ступени ракеты-носителя Chinese Long March 4 11 марта 2000 г.

    Счетчики, заполнившие базу данных, знали о других объектах на орбите, многие из которых были произведены взрывов на орбите. Противоспутникового оружия (ASAT) 1960-х годов, когда оставшееся расширилось и разорвало их баки, ракеты из них были преднамеренно вызваны во время испытаний. Чтобы улучшить отслеживание, сотрудник NORAD Джон Габбард вел отдельную базу данных. Изучая взрывы, Габбард разработал метод предсказания орбитальных траекторий своих продуктов, и диаграммы Габбарда (или графики) теперь широко используются. Эти исследования использовались для улучшения моделирования эволюции и распада орбитов.

    Когда база данных NORAD стала общедоступной в 1970-х годах, методы, разработанные для пояса астероидов, были применены для изучения базы данных искусственных спутников. Земные объекты.

    Большая камера, рядом с которой стоит человек для увеличения Камеры Бейкера-Нанна широко использовались для изучения космического мусора.

    В дополнение к подходам к уменьшению количества мусора, когда время и естественные гравитационные / атмосферные эффекты помогают очищать космический мусор, или различные технологические подходы, которые были предложены (большинство из которых не реализованы) для уменьшения количества космического мусора, ряд ученых отметили, что институциональные факторы - политические, правовые, экономические и культурные «правила игры» - самым большим препятствием для очистки околоземного космического пространства. К 2014 году коммерческий стимул к сокращению космического мусора практически отсутствовал, поскольку затраты на его устранение не возлагаются на организацию, производящую его, а ложатся на всех пользователей космической среды и действуют на человеческое общество в целом, что приносит пользу. из космических технологий и знаний. Был внесен ряд предложений по совершенствованию институтов, чтобы усилить стимулы к сокращению космического мусора. Командование правительственного правительственного правительства по стимулированию государственной политики. В 1979 году НАСА основало Программу по орбитальному мусору для исследования мер по смягчению воздействия космического мусора на околоземную орбиту.

    Рост космического мусора

    В 1980-х годах НАСА и другие группы США пытались ограничить рост мусора. Одно пробное решение было реализовано МакДоннелл Дуглас для ракеты-носителя Delta, когда ускоритель отодвинулся от его полезной нагрузки и выпустил все топливо, оставшееся в его баках. Это устранило один источник повышения давления в резервуарах, которое ранее вызывало их взрыв и создание дополнительных орбитальных обломков. Другие страны не спешили эту меру, и особенно из ряда запусков Советским Союзом, проблема росла на протяжении десятилетия.

    Новая серия последовала за НАСА, NORAD и другие попытались понять орбитальную среду, каждый из увеличенного количества обломков в зоне критической массы. Хотя в 1981 году (когда была опубликована статья Шефтера) были оценены объекты в системе 5000, новые детекторы в системе наземного электрооптического наблюдения в глубоком космосе появились новые объекты. К концу 1990-халось, что большая часть из 28 000 запущенных объектов уже распалась, а около 8 500 остались на орбите. К 2005 г. это число увеличилось до 13 000 объектов, исследование 2006 г. увеличило их количество до 19 000 в результате теста ASAT и столкновения спутников. В 2011 году НАСА заявило, что отслеживаются 22000 объектов.

    Модель НАСА 2006 года предполагала, что, если не будет новых запусков, окружающая среда сохранит известную на тот момент популяцию примерно до 2055 года, когда она увеличится сама по себе.. Ричард Кроутер из Агентства оборонной оценки и исследований заявил в 2002 году, что, по его мнению, каскад начнется примерно в 2015 году. Национальная академия наук, резюмируя профессиональную точку зрения, отметила широко распространенное наличие, что две полосы космоса НОО - 900 до 1000 км (620 миль) и 1500 км (930 миль) - уже превышали критическую плотность.

    Исследователь Европейской авиакосмической конференции 2009 года Саутгемптонского университета Хью Льюис предсказал, что угроза космического мусора вырастет на 50 процентов в следующее десятилетие и в четыре раза в следующие 50 лет. По состоянию на 2009 год еженедельно отслеживалось более 13000 обращений за закрытыми дверями.

    Отчет за 2011 год, подготовленный США. Национальный исследовательский совет предупредил НАСА, что количество орбитального космического мусора находится на критическом уровне. Согласно некоторым компьютерным моделям, количество космического мусора «достигло критической точки, чтобы постоянно сталкиваться и создавать больше мусора, повышенный риск отказов космических кораблей». В отчете призыв кММ нормам, ограничивающим количество мусора, и исследованиям методами утилизации.

    К концу 2010-х годов несколько поставщиков планируют развернуть большие мегакозвездия из широкополосного доступа Интернет-спутники были лицензированы регулируемыми органами, а действующие спутники начали производство как OneWeb, так и SpaceX. Первое развертывание произошло в 2019 году с шестью спутниками OneWeb, за которые последовали 60 227 кг (500 фунтов) спутников от SpaceX, первые спутники для проекта Starlink. Повышенная плотность спутниковых заболеваний, как лицензирующие органы, так и производители хорошо осведомлены о проблемах с мусором. У поставщиков есть планы по уменьшению количества мусора и они меры для активного выхода ненужных спутников с орбиты и / или естественного разрушения их орбиты.

    История обломков за высокие годы

    • По состоянию на 2009 год 19 000 обломков были обнаружены более 5 см (2 дюйма).
    • По состоянию на июль 2013 года, по оценкам, более 170 миллионов обломков размером менее 1 см (0,4 дюйма), около 670 000 обломков размером 1–10 см и примерно 29 000 более крупных кусков. мусора находятся на орбите.
    • По состоянию на июль 2016 года около 18 000 искусственных объектов находятся на орбите над Землей, включая 1419 действующих спутников.
    • По состоянию на октябрь 2019 года около 20 000 искусственных объектов на орбите над Земля, включая 2218 действует спутников.

    Характеристика

    Размер

    По состоянию на январь 2019 года насчитывалось более 128 миллионов обломков размером менее 1 см (0,39 дюйма). примерно 900 000 штук от одного до десяти см. Текущее количество крупных обломков (размером 10 см и более) составляет 34 000. Граница размера составляет c. 3 мм (0,12 дюйма). Более 98 процентов из 1900 тонн обломков на низкой околоземной орбите по состоянию на 2002 год приходилось на около 1500 объектов, каждый весом более 100 кг (220 фунтов). Общая масса в основном постоянна, несмотря на добавление множества возвращаемых более мелких объектов. В 2008 году было обнаружено «9000 обломков орбитального мусора» с оценочной массой 5 ​​500 т (12 100 000 фунтов).

    Низкая околоземная орбита

    Земля из космоса с увеличенным изображением космического мусора Космический мусор на НОО с увеличенными размерами

    Ближайшие к Земле орбиты - менее 2000 км (1200 миль) орбитальная высота, называемая низкой околоземной орбитой (НОО) - традиционно существовало несколько «универсальных орбитов», на которых, в частности, находилось несколько космических аппаратов. кольца (в отличие от GEO, одиночной орбиты, которая широко используется более чем 500 спутниками ). Ситуация начинает меняться в 2019 году, и несколько компаний приступают к развертыванию первых фаз спутниковых интернет-группировок, которые будут иметь множество универсальных орбитов на низкой околоземной орбите с 30-50 спутниками на орбитальную плоскость и высоту. Традиционно населенными орбитами на НОО были несколько солнечных систем-синхронных спутников, которые используются для наблюдения за постоянным углом Солнца и плоскостью орбиты, что упрощает наблюдение Земли с постоянным углом солнечного света и освещение. Солнечно-синхронные орбиты полярны, что означает, что они пересекают полярные регионы. Спутники на низком околоземном орбите вращаются во многих плоскостях, обычно до 15 раз в день, что приводит к частым сближениям между объектами. Плотность спутников - как активных, так и заброшенных - намного выше на НОО.

    Орбиты подвержены гравитационным возмущением (которые на НОО включают неравномерность гравитационного поля Земли из-за изменения в плотности планеты), а столкновение может происходить с любым направлением. Столкновения между орбитальными спутниками происходящего со скоростью до 16 км / с для теоретического лобового столкновения; скорость закрытия может быть вдвое больше орбитальной скорости . Столкновение со спутником 2009 г. произошло при скорости сближения 11,7 км / с, в результате чего образовалось более 2000 крупных фрагментов мусора. Эти обломки пересекают многие другие орбиты и увеличивают риск столкновения с мусором.

    Предполагается, что достаточно крупное столкновение космических аппаратов может привести к каскадному эффекту или даже сделать некоторые электрические низкие околоземные орбиты фактически непригодными для длительного использования орбитальными спутниками, явление как синдром Кесслера. Предполагается, что теоретический эффект цепной реакции будет представлять собой теоретическую неконтролируемую реакцию столкновения, которое может произойти, экспоненциально увеличивая количество и плотность мусора на низкой околоземной орбите, и была выдвинута гипотеза, что она станет за пределами некоторой критической плотности.

    Космические миссии с экипажем в основном выполняются на высоте 400 км (250 миль) и ниже, где сопротивление воздуха помогает очистить зоны от осколков. Верхняя атмосфера не фиксированная плотность на какой-либо имеет конкретную орбитальную высоту; он изменяется в результате атмосферных приливов и расширяется или сужается в течение более длительных периодов времени в результате космической погоды. Эти более долгосрочные эффекты могут увеличивать сопротивление на малых высотах; расширение 1990-х годов было увеличивать плотность мусора. Другой фактор - меньшее количество запусков из России; Советский Союз выполнил часть своих запусков в 1970-х и 1980-х.

    Большие высоты

    На больших высотах, где сопротивление воздуха менее значительно, орбитальный спад занимает больше времени. Незначительные сопротивление виберы, лунные возмущения, возмущения силы тяжести Земли, солнечный ветер и давление солнечного излучения могут постепенно опускать обломки на более низкие высоты (где он распадается), но на очень больших высотах это может занять тысячелетия. Хотя высотные орбиты используются реже, чем низкоорбитальные орбиты, и проблема возникает медленнее, цифры достигают критического порога.

    Многие спутники связи находятся на геостационарных орбитах ( GEO), группируясь по конкретным целям и разделяя один и тот же орбитальный путь. Хотя скорости между объектами GEO невелики, когда спутник оказывается заброшенным (например, Telstar 401 ), он принимает геосинхронную орбиту ; его наклонение орбиты увеличивается примерно на 0,8 °, а его скорость увеличивается примерно на 100 миль в час (160 км / ч) в год. Пиковая скорость удара составляет около 1,5 км / с (0,93 миль / с). Орбитальные возмущения вызывают дрейф долготы неработающего космического корабля и прецессию плоскости орбиты. Близкие подходы (в пределах 50 метров) оцениваются как один в год. Обломки столкновения представляют меньший краткосрочный риск, чем столкновение на НОО, но спутник, скорее всего, выйдет из строя. Крупные объекты, такие как спутники, работающие на солнечной энергии, особенно уязвимы для столкновений.

    Хотя ITU теперь требует доказательств того, что спутник может быть перемещен за пределы его орбитального гнезда. исследования показывают, что в конце его жизни этого недостаточно. Поскольку геостационарная орбита слишком удалена для точного измерения объектов ниже 1 м (3 фута 3 дюйма), природа проблемы малоизвестна. Спутники можно перемещать в пустые места в GEO, что требует меньшего маневрирования и упрощает прогнозирование будущего движения. Спутники или ускорители на других орбитах, особенно выброшенные на геостационарную переходную орбиту, вызывают дополнительную озабоченность из-за их обычно высокой скорости пересечения.

    Несмотря на усилия по снижению риска, столкновения космических кораблей произошли. Телекоммуникационный спутник Европейского космического агентства Олимп-1 был сбит метеороидом 11 августа 1993 года и в конце концов переместился на орбиту кладбища. 29 марта 2006 г. российский спутник связи Экспресс-АМ11 был сбит неизвестным объектом и был выведен из строя; у его инженеров было достаточно времени для контакта со спутником, чтобы отправить его на орбиту кладбища.

    Источники

    Мертвый космический корабль

    Маленький круглый спутник с шестью стержневыми антеннами, излучающими от него Ожидается, что Авангард-1 останется на орбите в течение 240 лет.

    В 1958 году Соединенные Штаты запустили Авангард I в средняя околоземная орбита (MEO). По состоянию на октябрь 2009 года он и верхняя ступень его ракеты-носителя являются старейшими из сохранившихся созданных человеком космических объектов, все еще находящихся на орбите. В каталоге известных запусков до июля 2009 года Союз обеспокоенных ученых перечислил 902 действующих спутника с известной популяцией из 19 000 крупных объектов и около 30 000 запущенных объектов.

    Примером дополнительных обломков заброшенных спутников являются останки 1970-х / 80-х годов Советский RORSAT военно-морская спутниковая программа наблюдения. Ядерные реакторы спутников БЭС-5 спутников охлаждались охлаждающим контуром из натрий-калиевого сплава, что создавало потенциальную проблему, когда срок службы спутника подошел к концу. Хотя многие спутники были номинально выведены на средневысотные кладбищенские орбиты, не все были. Даже спутники, которые были должным образом переведены на более высокую орбиту, имели восьмипроцентную вероятность пробоя и выброса охлаждающей жидкости за 50-летний период. Охлаждающая жидкость замерзает в виде капель твердого натрий-калиевого сплава, образуя дополнительный мусор.

    Эти события продолжают происходить. Например, в феврале 2015 года программа USAF Оборонная метеорологическая спутниковая программа Flight 13 (DMSP-F13) взорвалась на орбите, образовав по меньшей мере 149 обломков, которые, как ожидалось, должны были остаться на орбите. на протяжении десятилетий.

    Орбитальные спутники намеренно уничтожены. США и СССР / Россия провели более 30 и 27 испытаний ASAT соответственно, за ними следовали 10 из Китая и один из Индия. Самыми последними ASAT были: китайский перехват FY-1C, испытания российского PL-19 Nudol, американский перехват USA-193 и индийский перехват неустановленного прямого спутника.

    Утерянное оборудование

    Дрейфующее тепловое одеяло сфотографировано в 1998 г. во время STS-88.

    Космический мусор включает перчатку, потерянную астронавтом Эд Уайт во время первой американской космической прогулки (выход в открытый космос) камера, потерянная Майклом Коллинзом около Близнецов 10, тепловое одеяло потеряно во время STS-88, мешки для мусора, сброшенные советскими космонавтами во время 15-летней жизни Мира, гаечный ключ и зубная щетка. Сунита Уильямс из STS-116 потерял камеру во время выхода в открытый космос. Во время выхода в открытый космос STS-120 для усиления разорванной солнечной панели, пара плоскогубцев была потеряна, а во время выхода в открытый космос STS-126, Хайдемари Стефанишин-Пайпер потерял сумку с инструментами размером с портфель.

    Ракета-носители

    Разгонная разгонная ступень ракеты Delta II, сфотографированная спутником XSS 10

    проблема космического мусора, стало известно, что большая часть мусора возникла из-за верхних ступеней ракет (например, инерциальной разгонной ступени ), которые попадают на орбиту и разрушаются из-за разложения невентилируемых Несгоревшее топливо. Однако в крупном известном событии столкновения был задействован (неповрежденный) бустер Ariane. Хотя НАСА и ВВС США теперь требуют пассивирования верхней ступени, другие пусковые установки этого не делают. Более низкие ступени, такие как твердотопливные ракетные ускорители космического челнока или ракеты-носители Saturn IB программы Apollo, не достигают орбиты.

    11 марта 2000 года китайский разгонный блок Long March 4 CBERS-1 взорвался на орбите, образовав облако обломков. Российская ракета-носитель Бриз-М взорвалась на орбите над Южной Австралией 19 февраля 2007 года. Запущена 28 февраля 2006 года со спутником связи Arabsat-4A . вышел из строя прежде, чем он успел израсходовать топливо. Хотя взрыв был запечатлен на пленку астрономами, из-за орбиты облако обломков было трудно измерить с помощью радара. К 21 февраля 2007 года было идентифицировано более 1000 фрагментов. Разрыв 14 февраля 2007 года был зафиксирован Celestrak. Восемь разрывов произошло в 2006 году, больше всего с 1993 года. Еще один Бриз-М распался 16 октября 2012 года после неудачного запуска 6 августа Протон-М. Количество и размер обломков неизвестны. Ракета-носитель Long March 7 создала огненный шар, видимый из некоторых частей Юты, Невады, Колорадо, Айдахо и Калифорнии вечером 27 июля 2016 года; его распад широко освещался в социальных сетях. В 2018–2019 годах три разных Atlas V Centaur вторых ступеней распались.

    Оружие

    Источником мусора в прошлом были испытания противоспутниковое оружие (ASAT) США и Советского Союза в 1960-х и 1970-х годах. Файлы Североамериканского командования воздушно-космической обороны (NORAD) содержали данные только для советских испытаний, а обломки испытаний, проведенных в США, были обнаружены позже. К тому времени, как проблема мусора была осознана, широкомасштабные испытания ASAT закончились; США Программа 437 была закрыта в 1975 году.

    США перезапустили свои программы ASAT в 1980-х годах с Vought ASM-135 ASAT. Испытание 1985 года уничтожило спутник массой 1 тонну (2200 фунтов), движущийся по орбите на высоте 525 км (326 миль), создав тысячи обломков размером более 1 см (0,39 дюйма). Из-за высоты атмосферное сопротивление разрушило орбиту большинства обломков в течение десятилетия. За испытанием последовал фактический мораторий.

    Моделирование Земли из космоса, плоскости орбиты показаны красным Известные орбитальные самолеты с обломками Fengyun -1C через месяц после разрушения метеоспутника из-за китайской ASAT

    Правительство Китая было осуждено за военные последствия и количество обломков в результате испытания противоспутниковой ракеты 2007 года, крупнейшего единичного инцидента с космическим мусором в истории (образовалось более 2300 кусков мячей размером или больше, более 35000 1 см (0,4 дюйма) или больше и один миллион штук размером 1 мм (0,04 дюйма) или больше). Спутник-мишень находился на орбите от 850 км (530 миль) до 882 км (548 миль), части околоземного космического пространства, наиболее густо заселенной спутниками. Поскольку сопротивление атмосферы на этой высоте невелико, обломки медленно возвращаются на Землю, и в июне 2007 года космический корабль НАСА Terra совершил маневр, чтобы избежать удара обломков.

    20 февраля 2008 г. США запустили ракету SM-3 с USS Lake Erie, чтобы уничтожить неисправный американский спутник-шпион, который предположительно нес 450 кг (1000 фунтов) токсичного гидразина пропеллент. Событие произошло на расстоянии около 250 км (155 миль), и образовавшиеся обломки имеют перигей 250 км (155 миль) или ниже. Ракета была нацелена на минимизацию количества обломков, которые (по словам начальника стратегического командования Пентагона Кевина Чилтона) разрушились к началу 2009 года.

    27 марта 2019 года премьер-министр Индии Нарендра Моди объявила, что Индия сбила один из своих собственных спутников на низкой околоземной орбите ракетой наземного базирования. Он заявил, что операция, часть миссии Шакти, будет защищать интересы страны в космосе. Впоследствии космическое командование ВВС США объявило, что отслеживает 270 новых обломков, но ожидало, что их число будет расти по мере продолжения сбора данных.

    Уязвимость спутников для обломков и возможность нападения Спутники LEO для создания облаков мусора вызвали слухи о том, что страны, неспособные нанести высокоточную атаку, могут. Атака спутника массой 10 и более тонн нанесла бы серьезный ущерб окружающей среде НОО.

    Опасности

    Большая стеклянная яма (повреждение) A микрометеороид оставили этот кратер на поверхности космического шаттла Challenger Переднее окно на STS-7.

    Для космического корабля

    Космический мусор может представлять опасность для активных спутников и космических кораблей. Было высказано предположение, что околоземная орбита может даже стать непроходимой, если риск столкновения станет слишком высоким.

    Однако, поскольку риск для космического корабля возрастает со временем воздействия высокой плотности мусора, точнее будет сказать, что НОО будет выведена из строя орбитальным аппаратом. Угроза для космических аппаратов, проходящих через НОО для выхода на более высокую орбиту, будет намного ниже из-за очень короткого промежутка времени перехода.

    Беспилотный космический корабль

    Хотя космический корабль обычно защищен щитами Уиппла, солнечные панели, которые подвергаются воздействию Солнца, изнашиваются от ударов малой массы. Даже небольшие удары могут создать облако плазмы, которое представляет опасность для панелей.

    Считается, что спутники были уничтожены микрометеоритами и (малым) орбитальным мусором (MMOD). Самой ранней предполагаемой потерей был "Космос 1275", который исчез 24 июля 1981 г. (через месяц после запуска). Космос не содержал летучего топлива, следовательно, внутри спутника не было ничего, что могло бы вызвать разрушительный взрыв. Однако этот случай не был доказан, и была выдвинута другая гипотеза о том, что батарея взорвалась. Отслеживание показало, что он распался на 300 новых объектов.

    С тех пор было подтверждено множество ударов. Например, 24 июля 1996 г. французский микроспутник Cerise был поражен осколками разгонного блока Ariane-1 H-10, который взорвался в ноябре 1986 г. 29 марта 2006 г., российский спутник связи "Экспресс АМ11" столкнулся с неизвестным объектом и вышел из строя. 13 октября 2009 г. на Terra произошла аномалия отказа одного элемента батареи и аномалия управления нагревателем батареи, которые впоследствии были сочтены вероятными в результате удара MMOD. 12 марта 2010 г. Aura отключила питание половины одной из своих 11 солнечных панелей, что также было связано с ударом MMOD. 22 мая 2013 года GOES-13 был поражен MMOD, из-за чего он потерял из виду звезды, которые он использовал для поддержания боевой готовности. Космический корабль вернулся в строй почти через месяц.

    Первое крупное столкновение со спутником произошло 10 февраля 2009 года. Заброшенный спутник массой 950 кг (2090 фунтов) Kosmos 2251 и боевой 560 кг (1230 фунтов) Иридиум 33 столкнулись на расстоянии 800 км над северной Сибирью. Относительная скорость удара составила около 11,7 км / с (7,3 миль / с) или около 42 120 км / ч (26 170 миль / ч). Оба спутника были уничтожены, в результате чего образовались тысячи новых обломков меньшего размера, а вопросы юридической и политической ответственности остались нерешенными даже спустя годы. 22 января 2013 года в БЛИЦ (российский спутник лазерной локации) были нанесены обломки, предположительно полученные в результате испытания китайской противоспутниковой ракеты 2007 года, в результате чего изменилась как его орбита, так и скорость вращения.

    Спутники иногда выполняют маневры для предотвращения столкновений, а операторы спутников могут отслеживать космический мусор в рамках планирования маневров. Например, в январе 2017 года Европейское космическое агентство приняло решение изменить орбиту одного из трех своих космических кораблей Swarm на основании данных из US Joint Space Operations В центре, чтобы снизить риск столкновения с заброшенным российским спутником Космос-375.

    Космический корабль с экипажем

    Полеты с экипажем, естественно, особенно чувствительны к опасностям, которые могут быть представлены из космоса соединения космического мусора на орбитальной траектории космического корабля. Примеры случайных маневров уклонения или длительного износа космического мусора имели место в миссиях космических шаттлов, космической станции МИР и Международной космической станции.

    Миссии космических шаттлов
    Серое крыло космического корабля на самолете высота Space Shuttle Нижнее правое крыло Discovery и плитки системы термозащиты, сфотографированы на STS-114 во время R- Маневр Bar Pitch, во время которого астронавты исследуют TPS на предмет повреждений во время всплытия

    Начиная с ранних миссий Space Shuttle, НАСА использовало возможности космического мониторинга NORAD для оценки орбитального пути шаттла на предмет обломков. В 1980-х годах здесь использовалась большая часть мощностей NORAD. Первый маневр по предотвращению столкновения произошел во время STS-48 в сентябре 1991 года, семисекундный двигатель сгорел, чтобы избежать обломков брошенного спутника Kosmos 955. Подобные маневры были предприняты в миссиях 53, 72 и 82.

    Одно из первых событий, посвященных проблеме мусора, произошло во время второго полета космического корабля Space Shuttle Challenger, СТС-7. Пятно краски попало в его переднее окно, образовав яму шириной более 1 мм (0,04 дюйма). На STS-59 в 1994 году переднее окно Endeavour было изъято примерно на половину его глубины. С 1998 года количество незначительных ударов обломков увеличилось.

    Выкрашивание окон и незначительные повреждения плиток системы тепловой защиты (TPS) уже были обычным явлением к 1990-м годам. Позже "Шаттл" летал хвостом вперед, чтобы взять на себя большую часть обломков двигателей и заднего грузового отсека, которые не используются на орбите или во время снижения и, следовательно, менее важны для операций после запуска. При полете, прикрепленном к МКС, два связанных космических корабля были перевернуты, так что более бронированная станция защищала орбитальный аппарат.

    Пуля- как дыра в металлическом материале Space Shuttle Endeavour оказал большое влияние на его радиатор во время СТС-118. The entry hole is about 5.5 mm (0.22 in), and the exit hole is twice as large.

    A NASA 2009 study concluded that debris accounted for approximately half of the overall risk to the Shuttle. Executive-level decision to proceed was required if catastrophic impact was likelier than 1 in 200. On a normal (low-orbit) mission to the ISS the risk was approximately 1 in 300, but the Hubble telescope repair mission was flown at the higher orbital altitude of 560 km (350 mi) where the risk was initially calculated at a 1-in-185 (due in part to the 2009 satellite collision ). A re-analysis with better debris numbers reduced the estimated risk to 1 in 221, and the mission went ahead.

    Debris incidents continued on later Shuttle missions. During STS-115 in 2006 a fragment of circuit board bored a small hole through the radiator panels in Atlantis's cargo bay. On STS-118 в 2007 году обломки пробили пулевидное отверстие в панели радиатора Endeavour.

    Мир

    Ударный износ был заметен на Мир, советской космической станции, поскольку она оставалась в космосе в течение длительного времени с использованием оригинальных панелей солнечных модулей.

    Космическая станция на фоне Земли Удары обломков на солнечные панели "Мира" ухудшили их характеристики. Повреждение наиболее заметно на панели справа, которая обращена к камере с высокой степенью контрастности. Обширное повреждение меньшей панели ниже произошло из-за удара космического корабля "Прогресс".
    Международная космическая станция

    На МКС также используется экранирование Уиппла для защиты внутренней части от мелких обломков. Однако внешние части (особенно его солнечные панели ) не могут быть легко защищены. В 1989 году прогнозировалось, что панели МКС разложатся примерно на 0,23% за четыре года из-за «пескоструйного» эффекта от ударов небольшого орбитального мусора. Маневр уклонения обычно выполняется для МКС, если «вероятность столкновения с обломками составляет более одной из 10 000». По состоянию на январь 2014 г. за пятнадцать лет нахождения МКС на орбите было выполнено шестнадцать маневров.

    В качестве еще одного метода снижения риска для людей на борту оперативное руководство МКС попросило экипаж укрыться в Союз трижды из-за позднего предупреждения о приближении космического мусора. В дополнение к шестнадцати пускам двигателей и трем заказам на укрытие капсулы «Союз», одна попытка маневра не была завершена из-за отсутствия предупреждения за несколько дней, необходимого для загрузки временной шкалы маневра в компьютер станции. Событие в марте 2009 года было связано с обломками, предположительно, 10 см (3,9 дюйма) спутника Kosmos 1275. В 2013 году руководство эксплуатации МКС не выполнило маневр, чтобы избежать попадания мусора, после того, как в прошлом году совершило рекордные четыре маневра с мусором.

    Синдром Кесслера

    Кесслер Синдром, предложенный НАСА ученым Дональдом Дж. Кесслером в 1978 году, представляет собой теоретический сценарий, в котором плотность объектов на низкой околоземной орбите (НОО) высока Достаточно того, чтобы столкновения между объектами могли вызвать каскадный эффект, при котором каждое столкновение порождает космический мусор, что увеличивает вероятность дальнейших столкновений. Далее он предположил, что одно из возможных последствий, если это произойдет, состоит в том, что распространение мусора на орбите может сделать космическую деятельность и использование спутников в определенных орбитальных диапазонах экономически непрактичным для многих поколений.

    Рост числа объектов в результате исследований конца 1990-х годов вызвал споры в космическом сообществе о природе проблемы и ранее сделанных ужасных предупреждениях. Согласно выводам Кесслера 1991 г. и обновлениям 2001 г., среда на НОО в диапазоне высот 1000 км (620 миль) должна быть каскадной. Однако произошло только одно крупное столкновение спутников: столкновение спутника в 2009 г. между Иридиум 33 и Космос 2251. Отсутствие очевидного краткосрочного каскадирования привело к предположению, что первоначальные оценки преувеличивали проблему. Однако, по словам Кесслера в 2010 году, каскад может быть не очевиден, пока он не будет хорошо развит, что может занять годы.

    На Земле

    Цилиндрический фрагмент ракеты на песке, на который смотрят люди официальные лица Саудовской Аравии осматривают разбившийся модуль PAM-D в январе 2001 года.

    Хотя большая часть мусора сгорает в атмосфере, более крупные объекты мусора могут достигать земли в целости и сохранности. По данным НАСА, в среднем один занесенный в каталог обломок падает на Землю каждый день на протяжении последних 50 лет. Несмотря на их размер, обломки не причинили значительного материального ущерба.

    Известные примеры падения космического мусора на Землю и воздействия на человеческую жизнь включают:

    • 1969 год: пять моряков на корабле получили ранения в результате космического полета.
    • 1997: женщина из Оклахомы, Лотти Уильямс, была ранена, когда ее ударили в плечо куском почерневшего тканого металлического материала размером 10 см × 13 см (3,9 дюйма × 5,1 дюйма). топливного бака ракеты Delta II, которая за год до этого запустила спутник ВВС США.
    • 2001: Star 48 Вспомогательный модуль полезной нагрузки (PAM-D) разгонный блок ракеты-носителя вернулся в атмосферу после «катастрофического орбитального распада», разбившись в пустыне Саудовской Аравии. Он был идентифицирован как разгонная ракета для NAVSTAR 32, спутника GPS, запущенного в 1993 году.
    • 2003 год: Катастрофа в Колумбии, большая часть космического корабля достигли земли, а целые системы остались нетронутыми. Были обнаружены в районе от трех до 10 миль вокруг Хемпхилла в округе Сабин, штат Техас, среди 83000 астронавтов. Другие части были найдены на линии от западного Техаса до восточной Луизианы, причем самая западная часть была найдена в Литтлфилде, штат Техас, а самая восточная - к юго-западу от Моры, штат Луизиана. Обломки были найдены в Техасе, Арканзасе и Луизиане. В редком случае материального ущерба металлический кронштейн длиной в фут врезался в крышу стоматологического кабинета. НАСА предупредило общественность контакта с обломками из-за возможного присутствия опасных химикатов. Спустя 15 лет после сбоя люди еще отправляли по частям, причем самый последний, по состоянию на февраль 2018 года, был обнаружен весной 2017 года.
    • 2007: обломки российского спутника-шпиона был замечен пилотом самолета LAN Airlines Airbus A340 с 270 пассажирами во время полета над Тихим океаном между Сантьяго и Оклендом. Обломках сообщалось в пределах 9,3 км (5 морских миль) от самолета.

    Отслеживание и измерения

    Отслеживание с земли

    Радары и оптические детекторы, такие как лидар основные инструменты инструмента для установки космического мусора. Хотя объекты размером 10 см (4 дюйма) имеют меньшую орбитальную стабильность, можно контролировать обломки размером до 1 см, однако определение орбит, позволяющее выполнить повторное обнаружение, затруднительно. Большинство обломков остаются незамеченными. Обсерватория орбитального мусора НАСА отслеживала космический мусор с помощью 3-метрового (10 футов) жидкостного зеркала транзитного телескопа. FM-радиоволны могут обнаруживать обломки после отражения от них на приемник. Оптическое слежение может быть полезной системой раннего предупреждения на космических кораблях.

    Стратегическое командование США ведет каталог известных орбитальных объектов, используя наземный радар и телескопы, а также космический телескоп (использование для отличия от вражеских ракет). В издании 2009 года было представлено около 19 000 объектов. Другие данные получены с радаров Телескоп космического мусора ЕКА, TIRA, Голдстоун, Haystack и EISCAT. и радар Cobra Dane с фазированной антенной решеткой, который будет работать в моделях среды космического мусора, таких как Справочник по наземной среде по метеороиду и космическому мусору (MASTER) ЕКА.

    Измерения в космосе

    Большой цилиндрический космический корабль на фоне Земли, сфотографирован с космического корабля Challenger Установка для длительного экспонирования (LDEF) - важный источник информации о космическом мусоре с мелкими частями.

    Возвращаемое космическое оборудование является ценным сообщением о направленном распределении и составе (субмиллиметрового) потока космического мусора. Спутник LDEF, развернутый миссией STS-41-C Challenger и полученный STS-32 Columbia, потрачен 68 месяцев на орбите для сбора данных о космическом мусоре. Спутник EURECA, развернутый STS-46 Atlantis в 1992 году и найденный STS-57 Endeavour в 1993 г., также использовался для исследования обломков.

    солнечные возвращенные батареи из Хаббла былиены миссиями STS-61 Endeavour и STS-109 Колумбия и ударные кратеры изучены ЕКА для проверки его моделей. Также были изучены материалы, возвращенные с «Мира», в частности, «Мир» по воздействию на глобальную среду (который также провел материалы, предназначенные для МКС).

    Диаграммы Габбарда

    Облако обломков, образовавшееся в результате одиночного события изучается с помощью диаграмм рассеяния, как известные диаграммы Габбарда, где перигей и апогей фрагментов нанесены на их орбитальный период. Диаграммы Габбарда раннего облака обломков до воздействия возмущений, если данные были доступны, реконструируются. Они часто включают данные о недавно обнаруженных, еще не каталогизированных фрагментов. Диаграммы Габбарда могут дать информацию об особенностях фрагментации, направлении и точке удара.

    Работа с обломками

    В среднем около одного отслеживаемого объекта в день выпадало с орбиты за последние 50 лет, в среднем почти три объекта в день на солнечном максимуме (из- за период и объекты атмосферы Земли), но один каждые каждые три дня на солнечном минимуме, обычно спустя пять с половиной лет. В дополнение к естественным атмосферным воздействиям министерства, правительственные учреждения предложили планы и программы для борьбы с космическим мусором, но по состоянию на ноябрь 2014 года из них основные теоретические, и бизнес-план по уменьшению количества мусора отсутствует.

    Ряд ученых также научили, что институциональные факторы - политические, правовые, экономические и культурные «правила игры» - самым большим препятствием на пути к очистке околоземного пространства. Нет коммерческого стимула, поскольку затраты не относятся к загрязнителям, но был сделан ряд предложений. Однако на сегодняшний день эффекты ограничены. В США правительственные органы утверждают в отступлении от ранее взятых обязательств по ограничению роста космического мусора, «не говоря уже о решении более сложных вопросов удаления орбитального мусора». Различные методы удаления космического мусора были оценены Консультативным советом представителей космического поколения, в том числе французским астрофизиком Фатуматой Кебе.

    Снижение роста

    График с синей линией Пространственная плотность космического мусора на НОО по высоте, согласно до 2011 года. отчет НАСА в Управление ООН по космическому пространству График с красной линией Пространственная плотность космического мусора по высоте согласно ESA MASTER-2001, без мусора от китайских ASAT и столкновений в 2009 году

    В 2010-х годах обычно используются несколько технических подходов к уменьшению роста космического мусора, однако не существует всеобъемлющего правового механизма или структуры распределения уменьшения размера космического мусора таким образом, чтобы с середины 20-го века уменьшилось загрязнение суши.

    Чтобы избежать чрезмерного образования искусственного космического мусора, многие - но не все - спутники, запущенные на околоземную орбиту, используемые запускаются на эллиптические орбиты с перигеями в атмосфере Земли, поэтому орбита быстро разрушается, и спутники разрушатся при повторном входе в атмосферу. Другие методы используются для космических аппаратов на более высоких орбитах. К ним относ пассивация космического корабля по окончании его срока службы; а также использование разгонных ступеней, которые могут повторно зажигаться для замедления преднамеренного спуска с орбиты, часто на первой или второй орбите после высвобождения полезной нагрузки; спутники, которые могут оставаться здоровыми в течение многих лет, сойти с более низкими орбитами вокруг Земли. Другие спутники (например, многие спутники CubeSat) на низких орбитах ниже орбитальной высоты примерно 400 км зависят от силы энергии верхними слоями атмосферы для надежного ухода космического корабля с орбиты в течение недель или месяцев.

    Все чаще тратилиты верхние ступени на более высоких орбитах - орбиты, для которых отклонение с орбиты с низким дельта-v невозможно или не планируется - и архитектура поддерживающих пассива спутниковцию, в конце службы пассивируются в конце срока службы. Это удаляет всю внутреннюю энергию, содержащуюся в транспортном средстве в конце его миссии полезного срока службы. Это снижает вероятность разрушения космического корабля и создания множества фрагментов космического мусора, которое было обычным явлением для многих ранних поколений США и США. Советский космический корабль.

    Пассивация верхней ступени (например, ускорителей Delta ) за счет выпуска остаточного топлива снижает количество обломков от орбитальных взрывов; однако даже в 2011 году не все верхние ступени реализуют эту практику. SpaceX использовала термин «пропульсивная пассивация» для заключительного маневра своей шестичасовой демонстрационной миссии (STP-2 ), вторая ступени Falcon 9 для ВВС США в 2019 году, но не определила, что именно этот термин охвачен.

    Первоначально предложенная в 2015 году группировка OneWeb, планируется планировавшая иметь ~ 700 спутников на орбите после 2018 года, будет только заявить, что они снова войдут в атмосферу в течение 25 лет после выхода на пенсию, что соответствовало бы Стандартной практики предотвращения образования космического мусора (ODMSP), изданной правительством США в 2001 году. К октябрю 2017 года и OneWeb, и SpaceX с их большими Созвездие Starlink - подала документы в США FCC с более агрессивными планами по предотвращению образования космического мусора. Обе компании взяли на себя обязательство по плану спуска с орбиты для спутников после миссии, которые явно переведут спутники на орбиты, где они снова переведут в атмосферу Земли в течение одного года после истечения срока.

    Согласно политике лицензирования запуска "один вниз" для околоземных орбитов ракеты-носители будут сближаться, захватывать и сходить с орбиты заброшенного спутника примерно с одной и той же орбитальной плоскости. Другая возможность - это роботизированная дозаправка спутников. НАСА проводило эксперименты, и SpaceX разрабатывает крупномасштабную технологию передачи топлива на орбиту.

    Другой подход к уменьшению образования мусора заключается в явном проектировании архитектуры миссии, чтобы всегда оставлять вторую ступень ракеты в эллиптическая геоцентрическая орбита с низким - перигеем, что быстрое затухание орбиты предотвращает долговременные орбитальные обломки от отработавших корпусов ракет. Такие миссии часто завершают использование полезной нагрузки на конечной орбите с использованием малой тяги электрической тяги или с использованием небольшой ударной ступени для округления орбиты. Сама пусковая ступень может быть спроектирована с использованием избыточного топлива для самоудаления.

    Самоудаление

    Хотя МСЭ требует, чтобы геостационарные спутники переместились на кладбищенскую орбиту в конце своего срока службы выбранные орбитальные зоны защищают полосы ГСО от мусора. Ракетные ступени (или спутники) с достаточным материалом могут совершить прямой управляемый спуск с орбиты, или, если для этого потребуется слишком много топлива, спутник может быть выведен на орбиту, где атмосферное сопротивление приведет к его смещению с орбиты. Это было сделано с помощью французского спутника Spot-1, что позволяет сократить время его создания в атмосфере с 200 лет до примерно 15 за счет снижения его высоты с 830 км (516 миль) до примерно 550 км (342 миль).

    Созвездие Иридиум - 95 спутниковых данных, запущенных в течение пятилетнего периода между 1997 и 2002 годами - набор точек о пределах самоудаления. Спутниковый оператор - Iridium Communications - продолжал работать (хотя и с изменением названия компании в результате корпоративного банкротства в течение периода) в течение двух десятилетий эксплуатации спутников и к декабрю 2019 года "полностью избавился от спутников". последний из 65 работающих унаследованных спутников ». Однако в результате этого процесса почти треть массы группировки (30, 20 400 кг (45 000 фунтов) материальных средств) осталась на орбитах НОО на высоте примерно 700 км (430 миль), где самораспад происходит довольно медленно. 29 из этих спутников просто вышли из строя за время нахождения на орбите и таким образом, не смогли самостоятельно сойти с орбиты, а один - Иридиум 33 - был вовлечен в столкновение спутника в 2009 году с заброшенный российский военный спутник Космос-2251. Никакого «Плана Б» не предусматривалось для удаления спутников, которые не могли удалить сами себя. В 2019 году годльный директор Iridium сказал, что Iridium будет готова заплатить компанию, занимающимся активным удалением мусора, за выведение с орбиты оставшихся спутников первого поколения, если это будет по достаточно низкой цене, скажем, «10 000 долларов США за, но [он] признал, что цена, вероятно, будет намного ниже той, которая может предложить компания по вывозу мусора. «Вы знаете, какой момент [это] нетрудно, но [я] ожидаю, что стоимость действительно исчисляется миллионами или десятками миллионов, по какой цене, я знаю, это не имеет смысла '»

    Были предложены пассивные методы увеличение скорости орбитального распада обломков космического корабля. Вместо ракет электродинамический трос мог быть прикреплен к космическому кораблю при запуске; в конце срока службы трос будет развернут, чтобы замедлить космический корабль.

    Внешнее удаление

    Было предложено, изучено или использовано множество подходов к наземным подсистемам построено для использования других космических кораблей для удаления существующего космического мусора. в Брюсселе в 2012 года, организованной Фондом безопасного мира (аналитическим центром США) и Французским институтом ме Сообщается, что потребуется удаление самых крупных обломков, чтобы предотвратить риск того, что космический корабль станет неприемлемым. в обозримом будущем (без пополнения инвентаря погибших космических кораблей на НОО). На сегодняшний день в 2019 году расходы на удаление и юридические вопросы, касающиеся владения и полномочий на удаление, неработающие, препятствуют действию на национальном и международном уровнях. Текущее космическое право сохраняет право собственности на все спутники с их первоначальными операторами, даже на обломки или космические корабли, которые не работают или угрожают активным миссиям.

    Более того, по состоянию на 2006 год стоимость любого из предложенных подходов к удалению извне была примерно такой же, как и при запуске космического корабля, и, по словам Николаса Джонсона из НАСА, не рентабельна.

    Ситуация начинает меняться в конце 2010-х годов, когда некоторые компании планируют начать удаление внешних объектов на своих спутниках на средних околоземных орбитах. Например, OneWeb будет использовать бортовое самоудаление в качестве «плана А» для спуска спутника с орбиты в конце срока службы, но если спутник не сможет удалить себя в течение одного года после окончания срока службы, OneWeb осуществит «план Б» и отправит многоразовый (многоотранспортный) космический буксир, чтобы прикрепить его к спутнику на уже встроенной цели захвата через приспособление для захвата, отбуксировать на более низкую орбиту и отпустить для повторного входа.

    Дистанционно управляемые автомобили

    Хорошо изученное решение использует дистанционно управляемое транспортное средство для встречи, захвата и возврата обломков на центральную станцию. Одной из таких систем является Space Infrastructure Servicing, коммерчески разработанная дозаправочная база и служебный космический корабль для спутников связи на геостационарной орбите, запуск которых первоначально запланирован на 2015 год. SIS сможет «вытолкнуть мертвые спутники на орбиты кладбища». Семейство верхних ступеней Advanced Common Evolved Stage проектируется с высоким запасом топлива (для захвата брошенного топлива и спуска с орбиты) и возможностью дозаправки в космосе для высоких delta-v требуется для спуска тяжелых объектов с геосинхронной орбиты. Был исследован спутник, похожий на буксир, который перетаскивает обломки на безопасную высоту и сгорает в атмосфере. При обнаружении обломков спутник создает разницу потенциалов между обломками и самим собой, а затем, используя свои двигатели, перемещает себя и обломки на более безопасную орбиту.

    Вариант этого подхода заключается в том, что дистанционно управляемый аппарат должен сблизиться с обломками, захватить его временно, чтобы прикрепить спутник меньшего размера с орбиты и перетащить обломки с привязь к желаемому месту. Затем "материнский корабль" буксирует комбинацию космических обломков и малых спутников для входа в атмосферу или переместит их на орбиту кладбища. Одной из таких систем является предлагаемый Busek ORbital DEbris Remover (ORDER), который будет нести более 40 спутников SUL (спутник на шлангокабеле), выведенных с орбиты, и топливо, достаточное для их удаления.

    очищает пространство Cleanspace One

    7 января 2010 г. компания Star, Inc. сообщила, что получила контракт от Командования космических и военно-морских систем на технико-экономическое обоснование электромеханического устройства удаления мусора (EDDE) без ракетного топлива для удаление космического мусора. В феврале 2012 года Швейцарский космический центр при Федеральной политехнической школе Лозанны объявил о проекте Clean Space One, демонстрационном проекте наноспутника для согласования орбиты с неработающим швейцарским наноспутником, захвата его и извлечения. на орбите вместе. Миссия претерпела несколько эволюций, чтобы создать модель захвата, вдохновленную пакменом. В 2013 году был изучен космический уборщик с Sling-Sat (4S), спутник-захват, который захватывает и выбрасывает обломки.

    В декабре 2019 года Европейское космическое агентство заключило первый контракт на очистку до космического мусора. Миссия стоимостью 120 миллионов евро, получившая название ClearSpace-1 (побочный продукт проекта EPFL), намечена к запуску в 2025 году. Она направлена ​​на удаление 100-килограммового вторичного адаптера полезной нагрузки VEga (Vespa), оставленного Vega. полет VV02 на орбите 800 км в 2013 году. «Преследователь» схватит мусор четырьмя роботизированными руками и утащит его в атмосферу Земли, где оба сгорят.

    Лазерные методы

    Лазерная метла использует наземный лазер для абляции передней части обломков, создавая ракетную тягу, которая замедляет объект. При продолжении применения обломки упадут достаточно, чтобы на них повлияло сопротивление атмосферы. В конце 1990-х годов проект Orion ВВС США был разработан с использованием лазерной метлы. Хотя в 2003 году планировалось запустить испытательный стенд на космическом шаттле, международные соглашения, запрещающие испытания мощного лазера на орбите, ограничивали его использование измерениями. Катастрофа космического челнока «Колумбия» отложила проект, и, по словам Николаса Джонсона, главного научного сотрудника и руководителя программы Управления программы НАСА по орбитальному мусору, «в итоговом отчете Ориона есть много мелких ошибок. сидел на полке более десяти лет ".

    Импульс лазерного луча фотонов мог непосредственно передавать обломкам тягу, достаточную для перемещения мелких обломков на новые орбиты. способ работы спутников. Исследование НАСА в 2011 году показало, что при попадании лазерного луча в кусок космического мусора может передаваться импульс 1 мм (0,039 дюйма) в секунду, а удерживание лазера на обломках в течение нескольких часов в день может изменить его курс на 200 м. (660 футов) в день. Одним из недостатков является возможность деградации материала; энергия может разбить мусор, усугубив проблему. Аналогичное предложение размещает лазер на спутнике на солнечно-синхронной орбите, используя импульсный луч для перевода спутников на более низкие орбиты для ускорения их входа в атмосферу. Было внесено предложение заменить лазер на Ion Beam Shepherd, а в других предложениях использовался пенящийся шарик из аэрогеля или струя воды, надувные шары, электр одинамические тросы., электроадгезия и специализированное противоспутниковое оружие.

    Nets

    28 февраля 2014 г. японское Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) запустил тестовый спутник "космическая сеть". Запуск был только эксплуатационным испытанием. В декабре 2016 года страна отправила сборщик космического мусора через Kounotori 6 на МКС, с помощью которого ученые JAXA экспериментируют по вытаскиванию мусора с орбиты с помощью троса. Системе не удалось протянуть 700-метровый трос от корабля снабжения космической станции, который возвращался на Землю. 6 февраля миссия была объявлена ​​неудачной, и ведущий исследователь Коити Иноуэ заявил журналистам, что, по их мнению, «трос не был выпущен».

    С 2012 года Европейское космическое агентство работало над проектом миссии. для удаления с орбиты крупного космического мусора. Миссия e.Deorbit запланирована к запуску в 2023 году с целью удаления с НОО мусора весом более 4000 кг (8 800 фунтов). В настоящее время изучается несколько методов захвата, в том числе сеть, гарпун и комбинированная рука робота и зажимной механизм.

    Гарпун

    План миссии RemoveDEBRIS состоит в том, чтобы проверить эффективность нескольких технологий ADR по макетным целям на низкой околоземной орбите. Для завершения запланированных экспериментов платформа оснащена сетью, гарпуном, лазерным дальномером, драгсилом и двумя CubeSats (миниатюрными исследовательскими спутниками). Миссия была запущена 2 апреля 2018 года.

    Национальные и международные правила

    Нет международного договора, минимизирующего космический мусор. Однако Комитет ООН по использованию космического пространства в мирных целях (КОПУОС) опубликовал в 2007 году добровольные руководящие принципы, в которых использовались различные более ранние попытки национального регулирования по разработке стандартов по уменьшению образования космического мусора. По состоянию на 2008 год комитет обсуждал международные «правила дорожного движения» для предотвращения столкновений между спутниками. К 2013 г. существовал ряд национальных правовых режимов, которые, как правило, воплощались в лицензиях на запуск, которые требуются для запуска во всех странах, осуществляющих космическую деятельность.

    США выпустили набор стандартных практик для гражданских лиц (НАСА ) и военных (DoD и USAF ) для предотвращения образования космического мусора на орбите в 2001 году. Стандартное решение предусматривало уничтожение для конечных орбит миссии одним из трех способов: 1) возвращение в атмосферу, даже если " согласно консервативным прогнозам солнечной активности, сопротивление атмосферы ограничит время жизни до 25 лет после завершения миссии »; 2) маневр на «орбиту хранения»: переведите космический корабль на один из четырех очень широких диапазонов парковочной орбиты (2,000–19,700 км (1,200–12,200 миль), 20,700–35,300 км (12,900–21,900 миль))., на высоте более 36 100 км (22 400 миль) или полностью покинуть околоземную орбиту и перейти на любую гелиоцентрическую орбиту ; 3) «Прямое извлечение: извлеките конструкцию и удалите ее с орбиты как можно скорее после завершения миссии. " Стандарт, сформулированный в варианте 1, который является стандартом, применимым к большинству запущенных спутников и заброшенных разгонных ступеней, стал известен как «правило 25 лет». США обновили ODMSP в декабре 2019 года, но не внесли изменений в правило 25-летнего срока, хотя «[m] кто-либо в космическом сообществе считает, что срок должен быть меньше 25 лет». Однако нет единого мнения о том, какими могут быть новые временные рамки.

    В 2002 году Европейское космическое агентство (ESA) работало с международной группой над распространением аналогичного набора стандартов, также с "правило 25 лет" применяется к большинству орбитальных спутников и верхних ступеней. Космические агентства в Европе начали разрабатывать технические руководства в середине 1990-х годов, и ASI, UKSA, CNES, DLR и ESA подписали «Европейский кодекс поведения» в 2006 году, который был предшественником международного стандарта ISO, работа над которым начнется в следующем году. В 2008 году ЕКА дополнительно разработало «свои собственные» Требования по предотвращению образования космического мусора для проектов Агентства », которые« вступили в силу 1 апреля 2008 года ». Германия и Франция разместили облигации для защиты собственности от повреждения обломками. Вариант «прямого извлечения» (вариант № 3 в «стандартной практике» США выше) редко использовался какой-либо космической державой (исключение, ВВС США X-37 ) или коммерческой организацией с самых первых дней космический полет из-за стоимости и сложности достижения прямого извлечения, но ЕКА запланировало демонстрационную миссию (Clearspace-1) на 2025 год, чтобы сделать это с одной небольшой заброшенной верхней ступенью массой 100 кг (220 фунтов) при прогнозируемой стоимости 120 миллионов евро. без учета затрат на запуск.

    К 2006 году Индийская организация космических исследований (ISRO) разработала ряд технических средств уменьшения образования космического мусора (пассивация верхней ступени, запасы топлива для перехода на орбиты захоронения и т. д.) для Ракеты-носители и спутники ISRO и активно контролировались о межучрежденческой координации космического мусора и усилиях комитета КОПУОС ООН.

    В 2007 году ISO начал подготовку международного стандарта по уменьшению образования космического мусора. К 2010 году ИСО опубликовала «исчерпывающий набор стандартов разработки космических систем, направленных на уменьшение образования космического мусора. [С основными требованиями], определенными в стандарте верхнего уровня ISO 24113 ». К 2017 году стандарты были почти готовы. Однако эти стандарты не являются обязательными для какой-либо стороны со стороны ISO или какой-либо международной юрисдикции. Они просто доступны для использования любым из множества добровольных способов. Они «могут быть приняты на добровольной основе производителем или оператором космических аппаратов, или введены в действие посредством коммерческого контракта между заказчиком и поставщиком, или использованы в качестве основы для установления набора национальных правил по уменьшению образования космического мусора». В добровольном стандарте ISO также принято «правило 25 лет» для «защищенного региона LEO» ниже высоты 2000 км, которое ранее использовалось (и до сих пор используется по состоянию на 2019 год) стандартами США, ЕКА и ООН по смягчению последствий. определяет его как «верхний предел количества времени, в течение которого космическая система будет оставаться на орбите после завершения своей миссии. В идеале, время ухода с орбиты должно быть как можно короче (т.е. намного меньше 25 лет)».

    Хольгер Краг из Европейского космического агентства заявляет, что по состоянию на 2017 год не существует обязательной международной нормативной базы, и в соответствующем органе ООН в Вене не наблюдается прогресса.

    В массовой культуре

    До конца of the World (1991) - французская научно-фантастическая драма, действие которой происходит на фоне вышедшего из-под контроля индийского ядерного спутника, который, по прогнозам, снова войдет в атмосферу, угрожая огромным населенным районам Земли.

    Gravity - фильм о выживании 2013 года режиссера Альфонсо Куарона о катастрофе во время космической миссии, вызванной Синдром Кесслера.

    ВАЛЛ-И (2008) содержит сцену, в которой ракета ВАЛЛ-И налетела на бюсты через космический мусор.

    См. Также

    • Космический портал

    Ссылки

    Примечания

    Библиография

    Дополнительная литература

    Внешние ссылки

    На Викискладе есть материалы, связанные с Космический мусор.
    Последняя правка сделана 2021-06-09 01:18:36
    Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
    Обратная связь: support@alphapedia.ru
    Соглашение
    О проекте