Реферат: Космический мусор – угроза безопасности космических полетов. Реферат космический мусор

Реферат - Космический мусор – угроза безопасности космических полетов

Д.В.Маринин

Аэрокосмический лицей на базе Национальногоаэрокосмического университета им. Н.Е.Жуковского «ХАИ»

К третьему тысячелетию человечество активно изучает иисследует космос. Число космических полетов растет, но они постоянновталкиваются с рядом проблем. Одной из таких проблем – проблем экологиикосмоса, является вопрос об его загрязненности объектами так называемогокосмического мусора.

Космический мусор – все антропогенные объекты, которые находятся наоколоземной орбите или возвращаются в атмосферу, включая фрагменты или частитех объектов, которые закончили свое активное существование.

Чтобы уменьшить угрозу столкновений космическиеаппараты совершают маневры отклонения, а это – дополнительный расход топлива иряд других сложностей. По расчетным данным Международная космическая станциябудет вынуждена дважды в год совершать маневры, уклоняясь от опасных объектов.

Степень влияния загрязненности космическогопространства на функционирование космических систем определяется четырьмяфакторами: временем нахождения на орбите, районами по предположению, высотойорбиты, наклоном плоскости орбиты. Для примерного представления об объектахзагрязнения космического пространства, разрабатывают математические модели егозасоренности. Они описывают распределение загрязняющих объектов в пространстве,их движение и физические характеристики (размер, массу, плотность и др.).Разрабатываемые модели бывают двух видов: краткосрочные (период до 10 лет) и долгосрочные(до 100 лет). Модели засоренности принимают во внимание рост числа орбитальныхобъектов в результате запусков, маневрирование (засоренность, связана свключением ракетных двигателей твердого топлива), разрушение (взрывы истолкновения) т.д. Кроме того, целью долгосрочных моделирований являетсясоставление прогнозов количества объектов как функции времени. Тенденции,установленные на основе долгосрочных моделей, заключаются в следующем:

· Если космические полеты будутпроходить также, как и раньше, то в будущем загрязнение космическогопространства ускориться из-за столкновений, связанных с увеличением массы наорбите.

· Фрагменты мусора, образовавшиесяпосле взрывов, могут стать в ХХI веке (как и в данное время) одним из главныхисточников загрязнения.

· Фрагменты, образовавшиеся врезультате столкновений, могут порождать следующие загрязнения, это приведет кросту загрязненности в геометрической прогрессии.

Избежать этого можно путем уменьшения нагрузки нанижнюю околоземную орбиту. Также проблема состоит в возращении в атмосферуЗемли космических объектов. За последние 40 лет их отмечено более 16000. Втечение последних 5-ти лет примерно раз в неделю происходит попадание ватмосферу объекта с площадью поперечного сечения около 1м2.Вхождение того или иного объекта в атмосферу связано не только с опасностьюмеханического удара, но и с возможностью химического либо радиологическогозаражения окружающей среды.

Мероприятия по уменьшению загрязненности и защите откосмического мусора

В настоящее время около 12% всего каталогизированногокомического мусора составляют объекты, которые отделяются в процессе штатнойпроцедуры запуска спутников на орбиту и дальнейшей их эксплуатации. В основномэто крепежные детали, заглушки и т.д. Мероприятия по уменьшению загрязненноститакими объектами принимать относительно нетрудно, как технически, так иэкономически. В тоже время возможны ситуации, когда отделение деталей безвыходноиз-за технических причин. В ходе полета может происходить неспециальноеобразование мелкого мусора: выбросы шлаков при работе двигателей на твердомтопливе, отделение частиц краски вследствие эрозии, вытек теплоносителя и т.п.Необходимо принимать меры по уменьшению процесса образования мелкого мусора.Осколки, образовавшиеся в результате разрушения КА, составляют 43% составаорбитальных объектов и 85% космического мусора размером более 5см. Основнойпричиной разрушения космических аппаратов являются взрывы и столкновения.Анализ разрушения КА показал, что спуск с орбиты либо пассивация (выброс энергии)после реализации космическим аппаратом своей задачи позволяет предотвратитьбольшую часть таких случаев. К числу эффективных мер можно отнести сжигание илипродувание неиспользованного топлива, разрядку аккумуляторных батарей,освобождение жидкостей из-под давления. Вероятность случайного столкновения КАна околоземной орбите хотя и не значительна, но все-таки есть. Примером такогослучая было столкновение осколка, образовавшегося в результате взрыва верхнейступени ракеты-носителя «Ариан», с действующим французским спутником CERISE,в результате была нарушена его работоспособность. Можно сказать, что увеличениечисла и размеров спутников на орбите ведет к повышению вероятностистолкновений. Что касается спутников, которые заканчивают свою программу, тозначительному уменьшению вероятности столкновений будет влиять их перевод нанижнюю орбиту или контролированное возвращение в атмосферу.

С точки зрения на современный уровень засоренностиоколоземного пространства, следует применить концепции прямой и непрямойзащиты. Защита от частиц размером 0,1-1 см может осуществляться за счетприменения экранных конструкций. Защита от частиц размером более 1см можетосуществляться за счет принятия специальных мер при проектировании КА,заключающихся в расположении жизненно важных систем в так называемых мертвыхзонах относительно направления удара потоком мусора. Что касается экранныхконструкций, то они бывают разного типа: это и простые одношаровые выносныеэкраны, размещающиеся перед корпусом аппарата, и сложные многошаровые конструкции из металла и керамики. Также ориентируя определенным образомкосмический корабль, космонавты могут использовать его в качестве экранной защиты.Такая практика уже применялась на орбитальной станции «Мир». Для кораблей«Шаттл» орбитальная степень ориентируется таким образом, чтоб его хвостоваячасть была повернута в направление движения. Работы в космосе происходят такимобразом, чтоб космонавты были защищены корпусом станции.

Одной из важнейших мер по уменьшению засоренностиявляется информирования об опасностях, связанных с загрязненностью космическогопространства и о многочисленных источниках образования космического мусора.Экономически оправданным является применения мер по уменьшению загрязнения наранних стадиях конструирования КА. С использованием долгосрочных имитационныхмоделей космической среды ведется работа для оправдания эффективности разныхсценариев и затрат связанных с их использованием. Исследования позволяютоценить, какое влияние оказывает разного рода практика в этой области. Также проблема столкновений и взрывов связана снеконтролируемыми запусками различных космических аппаратов. Для решения этойпроблемы необходимо установить контроль за материалами, технологиямипроизводства и запуска космических аппаратов. Во избежание столкновений КА, чтоявляется основой появления крупных частей мусора, целесообразно ввестипрогнозируемые расчеты для установления безопасных стартовых окон, исключающихпересечение траектории полета КА с пилотируемыми кораблями, находящимися наорбите.

В короткосрочной перспективе наибольшую пользу можетпринести исключение случайных взрывов КА. Эффективной мерой предотвращениятаких разрушений является пассивация аппаратов в конце программы полета. Вдолгосрочной перспективе при отсутствии мероприятий по уменьшению засоренностииз-за нагромождения объектов на орбите может значительно возрасти опасность дляпроведения космических операций в области, как низкой, так и высокойоколоземной орбиты. Мероприятия поснижению загрязненности и защиты космоса могут влиять на конструкции КА, ихстоимость и эксплуатацию. Экономически выгоднее предвидеть и внедрить этиизменения на ранних этапах проектирования и производства КА и ракетоносителей.

Хотелось бы добавить, что загрязненность космоса скаждым годом продолжает расти, в связи с этим растет риск столкновенийпричиняющих повреждения КА. Поскольку с помощью существующих технологий тяжелорешить задачу улучшения состояния космической среды, разумным шагом посохранению космического пространства для будущих поколений в настоящее времяесть принятие мер по уменьшению загрязненности.

www.ronl.ru

Реферат - Космический мусор – угроза безопасности космических полетов

КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР – УГРОЗА БЕЗОПАСНОСТИ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ

Д.В.Маринин

Аэрокосмический лицей на базе Национального аэрокосмического университета им. Н.Е.Жуковского «ХАИ»

К третьему тысячелетию человечество активно изучает и исследует космос. Число космических полетов растет, но они постоянно вталкиваются с рядом проблем. Одной из таких проблем – проблем экологии космоса, является вопрос об его загрязненности объектами так называемого космического мусора.

Космический мусор – все антропогенные объекты, которые находятся на околоземной орбите или возвращаются в атмосферу, включая фрагменты или части тех объектов, которые закончили свое активное существование.

Чтобы уменьшить угрозу столкновений космические аппараты совершают маневры отклонения, а это – дополнительный расход топлива и ряд других сложностей. По расчетным данным Международная космическая станция будет вынуждена дважды в год совершать маневры, уклоняясь от опасных объектов.

Степень влияния загрязненности космического пространства на функционирование космических систем определяется четырьмя факторами: временем нахождения на орбите, районами по предположению, высотой орбиты, наклоном плоскости орбиты. Для примерного представления об объектах загрязнения космического пространства, разрабатывают математические модели его засоренности. Они описывают распределение загрязняющих объектов в пространстве, их движение и физические характеристики (размер, массу, плотность и др.). Разрабатываемые модели бывают двух видов: краткосрочные (период до 10 лет) и долгосрочные (до 100 лет). Модели засоренности принимают во внимание рост числа орбитальных объектов в результате запусков, маневрирование (засоренность, связана с включением ракетных двигателей твердого топлива), разрушение (взрывы и столкновения) т.д. Кроме того, целью долгосрочных моделирований является составление прогнозов количества объектов как функции времени. Тенденции, установленные на основе долгосрочных моделей, заключаются в следующем:

· Если космические полеты будут проходить также, как и раньше, то в будущем загрязнение космического пространства ускориться из-за столкновений, связанных с увеличением массы на орбите.

· Фрагменты мусора, образовавшиеся после взрывов, могут стать в ХХI веке (как и в данное время) одним из главных источников загрязнения.

· Фрагменты, образовавшиеся в результате столкновений, могут порождать следующие загрязнения, это приведет к росту загрязненности в геометрической прогрессии.

Избежать этого можно путем уменьшения нагрузки на нижнюю околоземную орбиту. Также проблема состоит в возращении в атмосферу Земли космических объектов. За последние 40 лет их отмечено более 16000. В течение последних 5-ти лет примерно раз в неделю происходит попадание в атмосферу объекта с площадью поперечного сечения около 1м2. Вхождение того или иного объекта в атмосферу связано не только с опасностью механического удара, но и с возможностью химического либо радиологического заражения окружающей среды.

Мероприятия по уменьшению загрязненности и защите от космического мусора

В настоящее время около 12% всего каталогизированного комического мусора составляют объекты, которые отделяются в процессе штатной процедуры запуска спутников на орбиту и дальнейшей их эксплуатации. В основном это крепежные детали, заглушки и т.д. Мероприятия по уменьшению загрязненности такими объектами принимать относительно нетрудно, как технически, так и экономически. В тоже время возможны ситуации, когда отделение деталей безвыходно из-за технических причин. В ходе полета может происходить неспециальное образование мелкого мусора: выбросы шлаков при работе двигателей на твердом топливе, отделение частиц краски вследствие эрозии, вытек теплоносителя и т.п. Необходимо принимать меры по уменьшению процесса образования мелкого мусора. Осколки, образовавшиеся в результате разрушения КА, составляют 43% состава орбитальных объектов и 85% космического мусора размером более 5см. Основной причиной разрушения космических аппаратов являются взрывы и столкновения. Анализ разрушения КА показал, что спуск с орбиты либо пассивация (выброс энергии) после реализации космическим аппаратом своей задачи позволяет предотвратить большую часть таких случаев. К числу эффективных мер можно отнести сжигание или продувание неиспользованного топлива, разрядку аккумуляторных батарей, освобождение жидкостей из-под давления. Вероятность случайного столкновения КА на околоземной орбите хотя и не значительна, но все-таки есть. Примером такого случая было столкновение осколка, образовавшегося в результате взрыва верхней ступени ракеты-носителя «Ариан», с действующим французским спутником CERISE, в результате была нарушена его работоспособность. Можно сказать, что увеличение числа и размеров спутников на орбите ведет к повышению вероятности столкновений. Что касается спутников, которые заканчивают свою программу, то значительному уменьшению вероятности столкновений будет влиять их перевод на нижнюю орбиту или контролированное возвращение в атмосферу.

С точки зрения на современный уровень засоренности околоземного пространства, следует применить концепции прямой и непрямой защиты. Защита от частиц размером 0,1-1 см может осуществляться за счет применения экранных конструкций. Защита от частиц размером более 1см может осуществляться за счет принятия специальных мер при проектировании КА, заключающихся в расположении жизненно важных систем в так называемых мертвых зонах относительно направления удара потоком мусора. Что касается экранных конструкций, то они бывают разного типа: это и простые одношаровые выносные экраны, размещающиеся перед корпусом аппарата, и сложные многошаровые конструкции из металла и керамики. Также ориентируя определенным образом космический корабль, космонавты могут использовать его в качестве экранной защиты. Такая практика уже применялась на орбитальной станции «Мир». Для кораблей «Шаттл» орбитальная степень ориентируется таким образом, чтоб его хвостовая часть была повернута в направление движения. Работы в космосе происходят таким образом, чтоб космонавты были защищены корпусом станции.

Одной из важнейших мер по уменьшению засоренности является информирования об опасностях, связанных с загрязненностью космического пространства и о многочисленных источниках образования космического мусора. Экономически оправданным является применения мер по уменьшению загрязнения на ранних стадиях конструирования КА. С использованием долгосрочных имитационных моделей космической среды ведется работа для оправдания эффективности разных сценариев и затрат связанных с их использованием. Исследования позволяют оценить, какое влияние оказывает разного рода практика в этой области. Также проблема столкновений и взрывов связана с неконтролируемыми запусками различных космических аппаратов. Для решения этой проблемы необходимо установить контроль за материалами, технологиями производства и запуска космических аппаратов. Во избежание столкновений КА, что является основой появления крупных частей мусора, целесообразно ввести прогнозируемые расчеты для установления безопасных стартовых окон, исключающих пересечение траектории полета КА с пилотируемыми кораблями, находящимися на орбите.

В короткосрочной перспективе наибольшую пользу может принести исключение случайных взрывов КА. Эффективной мерой предотвращения таких разрушений является пассивация аппаратов в конце программы полета. В долгосрочной перспективе при отсутствии мероприятий по уменьшению засоренности из-за нагромождения объектов на орбите может значительно возрасти опасность для проведения космических операций в области, как низкой, так и высокой околоземной орбиты. Мероприятия по снижению загрязненности и защиты космоса могут влиять на конструкции КА, их стоимость и эксплуатацию. Экономически выгоднее предвидеть и внедрить эти изменения на ранних этапах проектирования и производства КА и ракетоносителей.

Хотелось бы добавить, что загрязненность космоса с каждым годом продолжает расти, в связи с этим растет риск столкновений причиняющих повреждения КА. Поскольку с помощью существующих технологий тяжело решить задачу улучшения состояния космической среды, разумным шагом по сохранению космического пространства для будущих поколений в настоящее время есть принятие мер по уменьшению загрязненности.

www.ronl.ru

Космический мусор – угроза безопасности космических полетов