Переработка мусора в космосе

Космос и экология: переработка воды и пластика на МКС, солнечная электростанция на орбите и уборка космического мусора

Переработка мусора в космосе

12 апреля во всем мире отмечается день космонавтики. Recycle подготовил подборку о том, как космические технологии могут помочь в борьбе с загрязнением окружающей среды, а также о том, как ученые и исследователи делают пребывание в космосе более экологичным.

Переработка мусора в космосе

Переработка пластика на МКС

На Международной космической станции работает 3D-принтер Refabricator, с помощью которого экипаж станции может создавать новые предметы, перерабатывая при этом образующиеся в экспедиции пластиковые отходы.

Под действием высоких температур Refabricator может переплавлять пластиковое сырье, превращая его в волокна. Затем из волокон будет напечатан заданный астронавтом объект.

Процесс создания новых объектов контролируется с помощью видеокамер операторами, которые находятся на Земле.

Принтер для космической станции разработала команда Tethers Unlimited. Предполагается, что в дальнейшем принтер также сможет быть полезным при полетах на Луну и на Марс.

Refabricator может даже перерабатывать пластиковые предметы, которые на Земле, как правило, не подлежат переработке. Почти все материалы, которые доставляются на станцию, упаковывают в пластиковые пакеты. Их тоже можно переработать в 3D-принтере в космосе, например, изготовив из них чехлы для телефона, гаечные ключи или столовые приборы.

Такая возможность принтера позволит сокращать количество запасных материалов, которые регулярно доставляются на МКС.

Технология предусматривает переработку и печать в два этапа. На каждом этапе Refabricator будет выполнять семь циклов переработки и печати деталей на борту МКС. Все предметы, напечатанные на принтере, впоследствии будут отправлены на Землю для тестирования и анализа, чтобы определить влияние процесса переработки на свойства новых продуктов из пластика.

Переработка мусора в космосе

Контроль за вырубками из космоса

Роскосмос использует современные технологии для контроля за лесными пожарами и вырубками деревьев. Так, в ведомстве обещали пересчитать все деревья на территории России. Об этом пишет РИА «Новости» со ссылкой на главу госкорпорации Дмитрия Рогозина.

Это позволит своевременно следить за лесными пожарами и вырубками деревьев, определить незаконное строительство, а также посчитать, какие виды деревьев растут в России.

«Орбитальная группировка может объединить хорошей связью, интернетом всю большую страну. Я уже говорил про высокое разрешение наших космических аппаратов. Это уже десятки сантиметров. Это означает, что мы можем пересчитать все деревья, которые растут в Российской Федерации», – заявил Рогозин.

До этого в Twitter появился бот компании Descartes Labs, с помощью которого любой человек может отслеживать распространение лесных пожаров. По данным компании-разработчика, бот способен собирать полученные от спутника снимки и отслеживать данные, ориентируясь на хештеги к постам в социальной сети.

Переработка мусора в космосе

Первая космическая солнечная электростанция

Китайские ученые планируют построить на околоземной орбите первую в истории космическую солнечную электростанцию.

Станция разместится на на высоте 36 000 километров над Землей. Она сможет собирать солнечную энергию независимо от времени суток, метеорологических условий и атмосферного воздействия планеты. Затем энергия со станции будет преобразовываться в микроволны или лазерный луч и передаваться на Землю.

Проект станции появился еще в 2015 году. По мнению китайских ученых, новая станция может стать «неисчерпаемым источником чистой энергии для человечества». Например, она сможет обеспечивать поставку электроэнергии бесперерывно и в 6 раз эффективнее, чем любая имеющаяся на Земле солнечная ферма.

Сейчас ведется строительство экспериментального прототипа электростанции. Испытания на орбите начнутся в 2021-2025 годах. К 2030 году ученые хотят вывести на околоземную орбиту электростанцию мегаваттного класса, а к 2050 – гигаваттного.

Основной сложностью китайские специалисты называют вес электростанции. Для нормального функционирования станция должна весить около 1000 тонн.

Предполагается, что космическая электростанция поможет уменьшить загрязнение воздуха от выбросов наземных станций, работающих на ископаемых видах топлива.

Переработка мусора в космосе

Переработка воды в космосе

Специалисты NASA планируют разработать технологию переработки воды в космосе. Благодаря новой технологии The Water Recovery System космонавты будут обеспечены чистой водой в течение всего полета.

Планируется, что использованная в космосе вода будет собираться в специальную емкость с гравитационным полем, с помощью которого осуществляется очистка жидкости от различных примесей.

Эксперты космического агентства сняли и разместили в интернете видео, в котором показан процесс переработки кофе в чистую воду на борту МКС.

По словам астронавтов, им приходится брать в космос много воды, вследствие чего космический аппарат становится тяжелым. Чтобы разгрузить летательный аппарат, в NASA начали разработку метода, позволяющего переработать вторичную воду в чистый продукт.

Переработка мусора в космосе

Солнечные батареи на МКС

В начале января 2017 года на МКС модернизировали систему энергоснабжения, для чего заменили солнечные батареи, проработавшие на МКС с первого дня.

Робот-манипулятор Dextre заменил 48 старых никель-водородных батарей станции на 24 более эффективных литий-ионных.

Благодаря новым аккумуляторам четыре гигантские солнечные панели могут обеспечивать энергией космическую станцию.

Солнце является единственным источником электрической энергии для МКС. Солнечные панели медленно разворачиваются на солнце и могут обеспечивать станцию энергией, даже когда она находится в тени.

Переработка мусора в космосе

Экологичная упаковка еды для космонавтов

Сотрудники Самарского технического университета разработали съедобную упаковку для продуктов питания космонавтов.

По словам представителей СамГТУ, прочная упаковочная пленка из растительного сырья не имеет аналогов в мире. Она специально была разработана для упаковки продуктов питания космонавтов и должна помочь решить проблему утилизации мусора.

В ней можно не только хранить, но и разогревать продукты питания. В дальнейшем пленку можно съесть вместе с пищей. По мнению разработчиков, пленка может использоваться и в других экстремальных условиях – например, в экспедициях в Арктике и Антарктике.

Упаковочную пленку производят из овощного и фруктового пюре. В дальнейших планах ученых – создать упаковку на основе экстрактов шалфея, эвкалипта, душицы.

Переработка мусора в космосе

Спутники для контроля загрязнения воздуха

В Китае планируют использовать спутники для мониторинга и контроля загрязнения воздуха в разных регионах страны.

Для этого в стране запустят специальную программу спутникового наблюдения по технологии дистанционного зондирования Земли. Это, по словам экспертов, позволит быстро распознавать экологические проблемы, в том числе повышенную концентрацию твердых частиц, а также быстро на них реагировать.

С помощью спутников можно будет оперативно следить за состоянием воздуха в самых загрязненных городах Китая. Программа стартует в Пекине и других 26 городах Северного Китая, известных экологическими проблемами. В дальнейшем к программе присоединятся города по всей стране.

Переработка мусора в космосе

Уборка космического мусора

Первым космическим мусором стал фрагмент ракеты, который вывел первый искусственный спутник Земли на околоземную орбиту. Ко времени полета Юрия Гагарина в космос в околоземное пространство находилось 200 рукотворных мусорных объектов, к 1980 году их число выросло до 500.

До 2007 года на орбите насчитывалось около семи тысяч крупных обломков. По оценкам Европейского космического агентства, сейчас на расстоянии в пределах 2000 км от Земли находятся около 900 000 объектов размером более 1 см.

Переработка мусора в космосе

Уборкой космического мусора будут заниматься несколько компаний. Например, японская Astroscale уже привлекла для своего проекта по уборке космического мусора инвестиции в размере $102 млн. Мусор на орбите Земли представляет опасность для спутников и космических станций.

Собирать мусор японцы будут с помощью небольших спутников, которые затем сами сгорят вместе с ним в атмосфере.

Фирма Российские космические системы также представила прототип орбитального аппарата для сбора и утилизации мусора на околоземной орбите. Он позволит перерабатывать космический мусор в горючее.

Переработка мусора в космосе

Планета для будущих поколений

Руководитель космической экспедиции на МКС, астронавт из Германии Александр Герст перед возвращением на Землю записал эмоциональное видеообращение (доступны русские субтитры) к своим будущим внукам. Он показал в нем красивые кадры планеты из космоса, а также обратил внимание на экологические проблемы и будущее Земли.

Космический мусорщик: бактерии утилизируют отходы на МКС

Переработка мусора в космосе

Бытовой мусор в условиях космического полета переработает специальный прибор, внутри которого поселят колонию микроорганизмов. Его прототип создан учеными из Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН). Бактерии также будут вырабатывать электричество, которым космонавты смогут питать различные устройства на МКС. Уже сейчас этот биотопливный элемент может функционировать автономно до 400 часов. Причем одним космосом сфера его применения не ограничится: технология микробиологической утилизации органических отходов сегодня чрезвычайно востребована и на Земле.

Переработка мусора в космосе

Микробный генератор

Работа над биотопливным элементом уже началась, пояснила «Известиям» главный научный сотрудник Центра компетенций Национальной технологической инициативы ИПХФ РАН Екатерина Золотухина.

— В космосе отходы девать некуда: приходится возвращать их на землю или, что крайне нежелательно, сбрасывать в космос. Поэтому создание такого устройства крайне важно, — рассказала она. — Хотелось бы, чтобы отходы уничтожались сами и это еще и приносило пользу. Мы предлагаем использовать контейнер, в котором живут микробы.

Предполагается, что космонавты могут складывать туда бытовые отходы — например, целлюлозные салфетки. Таким мусором и станут питаться микроорганизмы. Одновременно к контейнеру подключат установку с двумя электродами, а роль накопителя сыграет аккумулятор — использовать произведенную при утилизации электроэнергию можно будет для питания различных устройств корабля.

Энергия из мусора

Прибор весом около 2 кг представляет собой относительно небольшую коробку, в которой с двух концов размещены электроды — анод и катод. Сама коробка разделена на две части с помощью мембраны. Бактерии выступают катализатором электрохимической реакции — в пространстве вокруг анода они «едят» топливо, которым служит бытовой мусор.

Переработка мусора в космосе

В результате переработки, в частности, целлюлозы, вырабатываются свободные электроны. Они по цепи движутся к катоду, где вступают во взаимодействие с окислителем, которым может выступать любое известное вещество, например кислород. В результате реакции окисления, сопряженной с реакцией восстановления окислителя, вырабатывается электроэнергия.

Топливом могут служить не только салфетки, но и любые другие биоразлагаемые отходы, как твердые, так и жидкие. А вырабатываемое при их окислении электричество космонавты смогут запасать в стационарных аккумуляторах, конденсаторах или редокс-батареях для дальнейшего использования.

Ученые отмечают, что созданный прототип биотопливного элемента способен работать автономно от 100 до 400 часов в зависимости от типа топлива. Когда прибор отработает 400 или более часов, его заполнят новыми бактериями. Цикл может повторяться многократно.

При этом 400 часов — далеко не предел, прибор в дальнейшем будет усовершенствован, подчеркивают исследователи. Для этого потребуется организовать группу ученых и инженеров из смежных отраслей – микробиологии, генетики и электрохимии.

Бактерии для космоса

— Главная проблема в том, что бактерии, как и все живые организмы, умирают. Живут они совсем недолго, бывают капризны в плане условий обитания, — отметила Екатерина Золотухина. — Это касается не только единичных особей, но и целых колоний. Сейчас мы подбираем некий симбиоз микроорганизмов, которые бы жили своей маленькой экосистемой. Такие системы хороши тем, что они автономны и работают сами по себе. Однако мощность, которая вырабатывается, пока мала. Наша задача — понять, за счет чего ее можно увеличить.

Переработка мусора в космосе

Чтобы подобрать оптимальный состав колоний микроорганизмов, которые смогут в будущем полететь в космос, ученые из ИПФХ РАН начали совместную работу с ФГУП «Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов». Ранее там уже занимались разработкой биотопливных элементов на основе Shewanella — анаэробных бактерий, которые активны в инертной атмосфере, а на воздухе гибнут. Группа исследователей планирует экспериментировать как с существующими микробами, так и создавать генно-модифицированные бактерии с заданными свойствами.

— Наш коллектив уже начал сотрудничать с институтом генетики, — отметил руководитель Центра компетенций Национальной технологической инициативы, созданном в ИПХФ РАН, Юрий Добровольский. — С бактериями Shewanella сложно проводить эксперименты на Земле, они умирают во время перенесения из пробирки в пробирку, их сложно рассмотреть под микроскопом. А вот в космосе они могли бы проявить себя, было бы интересно изучить их возможности за пределами МКС.

Завкафедрой органической и экологической химии ТюмГУ Гульнара Шигабаева сообщила «Известиям», что метод получения электроэнергии в результате жизнедеятельности микроорганизмов сам по себе не является новым, однако в космосе такую технологию еще никто не применял.

— В условиях космоса целесообразно использовать именно анаэробные бактерии. А в качестве электродов желательны углеродные нити. Как нанопроводники они повысят эффективность сбора избыточных электронов, образующихся в результате метаболизма микробов, — объяснила она.

Переработка мусора в космосе

Микробиологическое разложение органической части отходов сегодня чрезвычайно востребовано и на Земле, подчеркнул руководитель УМЦ «Утилизация и обезвреживание отходов» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Михаил Востриков. Например, при обезвреживании углеводородосодержащих отходов — нефтешламов, нефтезагрязненных грунтов и т.д.

Исследования в этой области, по словам эксперта, идут по всему миру. Основная проблема известна — низкая живучесть бактерий. Что же касается возможности создания в будущем стандартного биотопливного элемента, то, по мнению Михаила Вострикова, эта идея достойна всяческого продолжения научных исследований.

Загрязнение космоса

Переработка мусора в космосе

Космос постепенно становится одной из частей деятельности человека. Околоземное пространство – динамичная и нестабильная система, которая от воздействия внешних факторов становится непредсказуемой. Одна из проблем – загрязнение космоса.

Откуда появляется космический мусор

Мусор в космосе отслеживается и регистрируется. Этим занимаются многие страны. США и Россия имеют наиболее полные данные, так как обе страны в 60-е XX века создали военную систему, которая предупреждала о ракетном нападении. В дальнейшем отделились организации, занимающиеся наблюдением за мусором.

Переработка мусора в космосе

Наблюдение за загрязнением космоса ведется 2 способами – радиолокационным, оптическим.

Существует космическое и антропогенное загрязнение.

Первый тип возникает непосредственно в околоземном пространстве. К нему относятся:

Что входит во второй список:

  • спутники с утерянной связью, они не осуществляют работу;
  • последние ступени ракет;
  • обшивка искусственных спутников Земли;
  • мелкие осколки (1-10 см).

Существуют специальные каталоги, в которых причислен весь мусор размером более 10 см. Если спутники, их утерянные детали, ступени имеют вес от 150 кг до 7 тонн и их легче обнаружить, то осколки, детали менее 100 мм довольно трудно обнаружить и зарегистрировать.

Количество мусора в каталогах дается приблизительно, так как США и Россия часто маскируют свои спутники под мусор. Примерное количество целых устаревших спутников на околоземном пространстве – 1900 шт. Количество мелких деталей – 19000 шт.

Страны-рекордсмены по загрязнению космоса

До 2006 года неизменными рекордсменами являлись Российская Федерация Соединенные Штаты Америки. Затем присоединилась Поднебесная. В Китае проводился запуск противоспутниковой ракеты зимой 2006 года. После испытаний каталог пополнился на 2200 пунктов космического мусора.

Страны – источники загрязнения космоса:

  1. Россия – 32% от общего количества.
  2. Китай – 31%.
  3. США – 29%
  4. Другие страны – 8%.

Переработка мусора в космосе

С 1957 года человечеством отправлено «в полет» около 7000 тонн мусора.

Чем опасен космический мусор

По предварительным расчетам через 20-30 лет полностью засорится околоземная среда.

  1. Прекращение пилотируемых и непилотируемых полетов. Даже частицы диаметром 1 мм представляют большую угрозу. Скорость движения ее – до 7,2 км/сек. К примеру, в 1983 году мельчайшая частица после соприкосновения с «Шаттлом» оставила на его иллюминаторе серьезное повреждение.
  2. Падение на Землю. Не все детали сгорают по пути на нашу планету. Крупные и мелкие части падают на населенные пункты, производственные объекты, коммуникации. Отмечены случаи ранения людей мелкими частицами из космоса.
  3. С 1965 года на орбиту начали запускать аппараты, оснащенные ядерными реакторами. 15 спутников без связи с Землей остались на околоземной орбите и считаются космическими отходами. Упало на поверхность планеты 9 радиоактивных объектов.
  4. Засорение пустот Вселенной.

Мусор – серьезная проблема для околоземной орбиты. На МКС уже не один раз поднималась тревога по поводу пролетавших рядом огромных его скоплений.

Радиоактивное загрязнение космоса

Радиация в космосе – засорение околоземного пространства из-за вывода на орбиты ядерных реакторов, их разрушения там.

Переработка мусора в космосе

Для данной среды радиоактивное загрязнение не несет угрозы. Но неизбежно влияние на планетарную поверхность. Загрязнение несет угрозу экологии Земли. Последние годы характеризуются учащением выпада радионуклидов. Это происходит из-за разрушения реакторов.

Электромагнитное загрязнение космоса

Есть два вида электромагнитного излучения Земли – естественное и искусственное.

Что относится к естественному:

  • атмосферные электрические помехи;
  • тепловое радиоизлучение;
  • космическое излучение;
  • радиоизлучение Солнца и планет.

Источниками искусственного радиоизлучения называют:

  • космическую аппаратуру;
  • спутники, запущенные на орбиту.

Информация о данном типе не воспринимается всерьез людьми, так как воздействие нельзя увидеть или почувствовать. Но электромагнитное излучение при постоянном воздействии приводит к снижению иммунитета, сбоям в работе нервной системы, нарушению в работе сердечно-сосудистой и эндокринной систем.

Как бороться с космическим загрязнением

Сегодня не существует эффективных практических мер по очищению околоземного пространства от загрязнения. Поэтому международное сотрудничество приоритетно занимается развитием обеспечения безопасности полетов.

Переработка мусора в космосе

  1. Мониторинг за экологической обстановкой, регистрация нового мусора в каталогах.
  2. Моделирование космического мусора с помощью математических расчетов.
  3. Развитие систем, которые смогут прогнозировать опасность загрязнения для полетов и осуществлять контроль над сближением мусора и космических объектов.
  4. Создание средств защиты, которые спасут космическую аппаратуру от повреждений, если она столкнется с мусором.
  5. Внедрение мероприятий по сокращению засорения.

Проблема загрязнения космоса требует скорейшего решения. Разрабатывают системы мусоросборки.

Ниже описаны последние разработки:

  1. «Лазерная метла». Суть метода заключается в том, лазер обнаруживает мусор и воздействует на него. Его цель не разрушение, а только изменение скорость. Такое возможно из-за воздействия светового давления. «Лазерная метла» осуществляет свою работу с космоса и с Земли. Поэтому есть 2 названия: «Система космического базирования», «Система наземного базирования». Метод малоэффективен. Скорость движения частиц – 7,2 км/сек. Чтобы изменить орбиту одного небольшого обломка, нужно воздействовать на него лазером несколько суток.
  2. «КлинСпейс Ван». Проект, предложенный университетом Лозанны, Швейцария. На орбиту отправляется наноспутник. Он, приблизившись к вышедшему из строя космоаппарату, хватает его. Далее наноспутник падает на Землю. Стоимость строительства и запуска такого спутника – 200 тысяч долларов, что в разы меньше, чем убыток от разрушения спутника связи. Урон оценивается в таком случае в десятки миллионов долларов.
  3. Солнечный парус. Идея Суррейского института в Великобритании. Суть в том, что спутники оснащают специальным парусом. После того как аппарат перестает работать, солнечный парус тормозит его и сводит с орбиты. Тестовый вариант уже запущен на орбиту.
  4. Проект GOLD. Безумная идея, предложенная в 2010 году канадскими учеными. Его суть в том, чтобы к каждому космическому аппарату прикрепляли огромный шар с гелием. Он поможет затормозить спутник. Затем в течение года происходит путь до плотных слоев атмосферы, где происходит сгорание.

Космическое загрязнение – большая проблема человечества. Если не будут приняты меры по его снижению, то закончатся полеты на орбиту. Так остановится освоение космического пространства. Радиоактивное и электромагнитное излучение, мусор из космоса наносят урон Земле.

Космический мусор: проблемы и пути решения

Одной из главных проблем, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса, является накопление на околоземной орбите вышедших из строя аппаратов и их обломков. Такие объекты получили название космического мусора. Сейчас накопление этих обломков на геостационарной орбите угрожает дальнейшему освоению человечеством ближнего космического пространства.

Понятие космического мусора

Только 6% из отслеживаемых с Земли космических объектов являются действующими аппаратами, все остальные в полной мере можно признать мусором. Размер обломков, остающихся после запусков, может быть не более 1 см, но из-за огромных скоростей вращения вокруг планеты столкновение даже с таким крохотным фрагментом может привести к фатальным последствиям для любого космического аппарата.

Переработка мусора в космосе Космический мусор — результат каждого запуска ракеты с Земли

Всего на орбитах нашей планеты насчитывается неопределённое количество обломков. По разным оценкам их суммарный вес доходит до 5000 тонн, а общее число фрагментов — до 100 тыс., однако в каталогах отслеживания различных космических стран числится всего лишь 15–16 тыс. обломков. Все остальные орбитальные объекты потенциально могут угрожать освоению человечеством ближнего космоса.

Причины возникновения и основные источники

Первый мусор на околоземных орбитах появился с началом космической эры в 50-х годах XX столетия, когда на орбиту были доставлены первые спутники. Дальнейшее покорение ближнего космоса неизменно увеличивало количество мусора на околоземных орбитах.

Главными «загрязнителями» земных орбит являются основные космические державы: на Россию (СССР), США и Китай приходится более 90% всего мусора в ближнем космосе, причём доля каждой страны примерно одинакова.

Весь космический мусор имеет земное происхождение, однако сам по себе он неоднороден. Наименьшую долю в числе движущихся по орбите объектов имеют действующие космические аппараты (не более 6%). Все остальные объекты не представляют ценности и являются в полной мере мусором. Среди них порядка 20% — вышедшие из строя спутники и геостационарные объекты, 17% — разгонные блоки и отработавшие ступени ракет, оставшиеся примерно 55% — различные отходы космической деятельности и результаты столкновений и взрывов.

Переработка мусора в космосе Больше всех засоряют космос Россия, США и Китай

В чём состоит опасность

Главную опасность представляет не сам по себе мусор, вращающийся по земной орбите, а столкновения с ним. Для запускаемых с Земли космических аппаратов столкновение даже с сантиметровым фрагментом может привести к фатальным последствиям, то есть выходу аппарата из строя, его разрушению и, следовательно, образованию нового мусора. Под угрозой оказываются не только и не столько запуск человека на Международную космическую станцию и научная программа МКС, но и коммерческие запуски. Выход из строя спутников из-за столкновения с космическим мусором — это уже реальность.

Наибольшую опасность представляют небольшие обломки, так как крупных можно избежать, своевременно заметив и пересчитав траекторию полёта космического аппарата.

Ещё одна опасность космического мусора, грозящая деятельности человечества, — это падение фрагментов на поверхность планеты. В отличие от орбитальных столкновений в этом случае основную опасность представляют крупные обломки — ведь именно у них есть шанс хотя бы частично долететь до поверхности, не сгорев в верхних слоях атмосферы. В такой ситуации остаётся лишь надеяться, что фрагменты упадут в пустынной местности, а не на какой-нибудь крупный город.

Эффект Кесслера

Эффект (синдром) Кесслера — гипотетическая ситуация, при которой накопившийся на земной орбите мусор сделает ближний космос недоступным для человечества. Своё название синдром получил по имени консультанта космического агентства НАСА Дональда Кесслера, впервые детально представившего такой сценарий в своих исследованиях.

Суть эффекта Кесслера состоит в постоянно повышающейся плотности объектов на околоземной орбите и, следовательно, увеличении вероятности столкновения двух крупных объектов. Результатом такого столкновения должно стать образование множества более мелких осколков, таким образом, каждый из них также в дальнейшем может столкнуться с другими осколками. По мнению Кесслера, нарастание плотности космического мусора будет расти по экспоненте.

Особенно опасным считается крупный взрыв или столкновение на орбите Земли, в результате чего ближнее космическое пространство может быть полностью загрязнено осколками, и после этого космос для человека станет полностью недоступен.

Согласно расчётам НАСА, уже в 2007 году на околоземной орбите (от 200 до 2000 км над поверхностью Земли) было достаточное для начала реализации сценария эффекта мусора. Вероятные крупные столкновения должны в среднем совершаться каждый 5 лет даже в том случае, если все дальнейшие космические запуски будут отменены.

Методы удаления космического мусора

Эффективных способов борьбы с космическим мусором человечество пока не разработало. Учёные предлагают несколько вариантов решения проблемы, однако каждый из них выглядит либо фантастически дорогим, либо нереализуемым в рамках современного состояния науки, а чаще всего соединяет оба этих недостатка. Однако, так как угроза космического мусора реальна, предлагаются наиболее реалистичные варианты очистки околоземного пространства. Среди них можно выделить три основных метода борьбы: сбор, утилизацию и коррекцию траекторий полёта.

Одна из самых рациональных идей, предложенных НАСА — использовать мощные наземные лазерные установки непрерывного действия. В качестве разновидности этого метода выступает использование космических лазерных установок.

Конечно же, воображение рисует картины в духе «Звёздных войн», где обломки аннигилировались бы с помощью выстрела из лазерной пушки. Однако реальность несколько более тривиальна. С помощью лазеров можно лишь скорректировать траекторию полёта фрагментов, что позволило бы избежать столкновения. Для этого на каждый обломок должно воздействовать лазерное излучение в ежедневном режиме на протяжении 1–2 часов. Это позволит скорректировать скорость движения на считанные сантиметры в секунду, но из-за громадных показателей скорости такое воздействие значительно изменит траекторию. Лишь такая модель позволит реализовать идею в приемлемых ценах — одна лазерная установка, а также сопутствующая ей инфраструктура обойдётся «всего лишь» в несколько десятков миллионов долларов.

Переработка мусора в космосе Борцам с космическим мусором приходится брать на заметку идеи из «Звёздных войн»

Европейское космическое агентство разработало несколько альтернативных идей.

  • Сходная с лазерными установками концепция, в которой вместо них применяется реактивная струя. Обстрел реактивной струёй с Земли невозможен, так что для реализации потребуются мощные космические аппараты. Естественно, такая идея может быть реализована исключительно при обстреле крупных космических объектов, угрожающих планете или стационарным спутникам.
  • Захват мусора с помощью сети и дальнейшая транспортировка обломков на орбиту захоронения, превышающую геостационарную орбиту на 235 километров. Именно эта высота выбрана в качестве места утилизации отработавших своё спутников. Однако подобный эксперимент японских учёных с попыткой захвата мусора с помощью 700-метровой сети провалился в конце 2016 года.
  • Согласно ещё одной концепции транспортировку должен осуществлять космический аппарат, использующий солнечный парус в качестве источника энергии движения.
  • Ну и последняя идея связана с прикреплением к каждому отдельному обломку реактивного двигателя и транспортировка в ручном режиме крупных объектов на орбиту захоронения.

Сторонние концепции по борьбе с мусором и вовсе выглядят на сегодняшний день фантастическими и нереализуемыми при уровне современной научной мысли. Среди них:

  • применение роботов, транспортирующих мусор с орбиты на поверхность Земли;
  • воздействие на мусор облака вольфрамовой пыли, что увеличит вес каждого объекта и заставит их сойти с орбиты;
  • запуск специального спутника, чьим предназначением будет отлов мусорных обломков и т. д.

Как бы то ни было, человечеству придётся разработать реально действующую модель уже в ближайшие десятилетия.

Интересные факты

С космическим мусором связано несколько любопытных фактов, небезынтересных не только тем, кто напрямую занимается этой проблемой, но и для любого человека, интересующегося популярной наукой.

Переработка мусора в космосе Скорость движения обломков в космосе очень велика, поэтому человеку тяжело бороться с космическим мусором

  • Скорость взаимного движения обломков на околоземной орбите — 10 километров в секунду. Именно высокая скорость движения является одной из главных трудностей при борьбе с космическим мусором.
  • С начала космической эры и до 80-х годов СССР и США провели в открытом космосе ряд испытаний противоспутникового оружия, итогом чего стало образование огромного количества обломков, вращающихся на геостационарной орбите. До 7% всего мусора в ближнем космосе — итог именно таких испытаний.
  • В начале нашего столетия к подобным испытаниям подключился и Китай. В 2007 году противоспутниковая ракета уничтожила отслуживший своё китайский спутник «Фэнъюнь-1». Итог — образование на орбите тысяч новых обломков.
  • В 1983 году при столкновении американского шаттла с крохотной по размерам песчинкой (0,2 мм в диаметре) на иллюминаторе аппарата образовалась глубокая трещина.
  • В феврале 2009 года произошла крупнейшая космическая авария, связанная со столкновением двух крупных геостационарных объектов. В космосе столкнулись 2 спутника связи: американский «Иридиум» и вышедший из строя российский «Космос-2251». Результат — образование около 600 крупных и мелких обломков.

Космический мусор — новая проблема, с которой столкнулось человечество при освоении ближнего космоса. Однозначного решения стоящей перед главными космическими державами проблемы нет. Все основные методы избавления от космического мусора сталкиваются либо с излишней дороговизной, либо с невозможностью обеспечить эффективное техническое решение. Однако накопление мусора на геостационарной орбите уже сейчас может угрожать не только управляемым полётам на околоземное пространство, но и самим земным поселениям. Так что поиск путей решения проблемы — одна из главных задач, стоящая перед космическими державами в ближайшей перспективе.

В России разработали комплекс для переработки мусора в космосе

В России разработали аппарат, способный утилизировать космический мусор, смешивать его с кислородом и водородом и превращать всё это в топливо, которое будет использоваться для работы двигателей. Сейчас проект ожидает получения патента. Приблизительная стоимость такого аппарата составляет 7,5 млрд рублей.

Как сообщает ТАСС, устройство придумали в корпорации «Российские космические системы». Комплекс будет утилизировать космический мусор, смешивать его с кислородом и водородом и превращать всё это в топливо, которое будет использоваться для работы двигателей.

На сайте «Российских космических систем» сообщается, что космический аппарат для утилизации мусора состоит из корпуса с двигателями и солнечными батареями, а также куполообразной сети. Спутник выводится на орбиту 400-450 километров, развертывает солнечные панели для электропитания систем, раскрывает сеть и собирает в нее космический мусор. Потом сеть сжимается и перерабатывает мусор в топливо для двигательной системы.

По расчетам, масса аппарата составит около 2,5 тонны. За один цикл (захват-измельчение-переработка) он сможет утилизировать до 500 килограмм мусора. «Целевой высотой работы сборщика космического мусора являются орбиты 800–1500 км, так как они сейчас наиболее загрязнены», – цитирует РИА Новости.

Так что, дорогие россияне, совсем скоро мы начнем утилизировать мусор в галактике а все остальные страны будут нам завидовать и платить за это деньги.

Что такое космический мусор и сколько его в космосе

Переработка мусора в космосеКосмический мусор вокруг Земли — это обломки и большие куски отработанных, испорченных спутников, которые человечество отправляло на орбиту Земли более пяти десятков лет.

Также это камни и утраченные предметы, капли эмали и самый разный мусор, который почему-то не ушел с орбиты и не перегорел в атмосфере.

Это угроза цепной реакции, так как он крутится на значительной скорости. Капля краски на значительной скорости при контакте со скафандром человека может пробить его насквозь.

Космический мусор

Любому человеку известно, что люди сильно засорили нашу планету, и каждый день число мусора только увеличивается в несколько раз. Однако не все знают, что за непродолжительное время освоения космических недр человечество смогло превратить пространство около орбиты в свалку из изношенных ненужных спутников.

Общие понятия

На небе можно увидеть такие известные и отслеживаемые спутники и обломки:

  • Зеленые точки- это функционирующие спутники;
  • Серые- неактивные, но работающие спутники;
  • Красные точки- изношенные спутники и обломки.

Космическое Агентство Европы выявило, сколько мусора в космосе крутится сегодня:

  • Примерно двадцать девять тысяч обломков величиной до десяти сантиметров;
  • Шестьсот семьдесят тысяч — размером от сантиметра до десяти;
  • Больше ста семидесяти миллионов обломков величиной не более сантиметра.

Переработка мусора в космосеОбщая масса мусора около орбиты оценивается в шесть тысяч тонн, а скорость его полета достигает примерно 56000 км/ч.

За последнюю половину столетия в космос запустили примерно семь тысяч спутников, из которых половина, как и прежде, вращается на орбите, а тысяча находится в активности.

Основные проблемы

На сегодняшний день человечество вынуждено решать проблемы не только с загрязнением окружающей среды на планете, но и искать решение вопроса, связанного с огромным количеством мусора в космосе. Наибольшее число мусора образовалось над такими державами, лидерами в покорении космоса, как Россия и Америка. Чаще всего отходы накапливаются на дистанции не более полутора тысяч километров от Земли. На высоте, где летают корабли в космосе, они подчинены закону гравитации и с каждым годом приближаются к Земле.

Попадая в верхние слои атмосферы, небольшой орбитальный мусор сгорает, не достигнув нескольких десятков километров, а поэтому не составляет угрозы для жизни людей и других обитателей планеты.

Очень опасен мусор на орбите Земли для кораблей в космосе. На сегодняшний день многие ученые говорят об опасности того, что последующее накопление отходов может привести к окончанию запусков спутников и полетов в космос.

Это связано с тем, что отходы обладают значительной скоростью полета и при неожиданном столкновении с космическим кораблем могут причинить ему значительный ущерб. За последние десятки лет известно о нескольких случаях деформации спутников, кораблей и космических станций находящимся на орбите Земли мусором, а ныне ситуация лишь ухудшилась.

Переработка мусора в космосеСегодня не существуют приемы, предотвращающие попадание отходов на орбиту, а ведутся только наблюдения за их перемещением и местонахождением. Но специалисты из различных государств предлагают разные способы решения этого вопроса, начиная от собирания мусора большими стальными сетками и заканчивая разработкой буксира для космоса, который сможет удалять находящиеся на орбите отходы.

Недавно специалисты из Америки предложили удалить мусор при помощи вольфрамовой пыли, которую нужно рассеять около планеты в качестве оболочки размером до тридцати километров. Облако такой пыли должно тормозить небольшие обломки, очищая при этом пространство около Земли.

Наряду с этим изобретаются и новые условия использования космоса. К примеру, любой искусственный спутник должен иметь на борту резервные ресурсы топлива, которые позволят по окончании срока работы направить его на Землю или перевести в определенные для этого места на околоземной орбите.

Помимо этого, блоки для разгона ракет должны иметь системы слива топлива, чтобы предотвратить их последующий взрыв. Но такие мероприятия недостаточны, и проблема космических отходов на сегодняшний день остается незакрытой.

Полезные изобретения

Вопрос засорения космоса отходами стоит очень остро, и любое государство пробует отыскать собственные способы для его решения. Недавно специалисты из Китая предложили уничтожать обломки при помощи лазерного луча. На основании их анализа на орбите возможно установить лазерную станцию, которая будет результативно работать — при условии, что у станции и мусора будет идентичное прямое восхождение механизма.

Переработка мусора в космосеПри помощи лазера специалисты хотят увеличить сход космических отходов с орбиты или отклонить его направление. Японское космическое агентство изобретает сверхчувствительный радар для обнаружения мельчайших космических отходов. Данный радар планируют ввести в работу через несколько лет. Предполагается, что он окажет помощь в предотвращении столкновения космических обломков со спутниками.

До этого времени агентство занималось изобретением шнура длиной семьсот метров. Он должен формировать электромагнитное поле, которое будет тормозить разнообразные обломки на орбите и выводить их в атмосферу планеты. Начальная попытка избавиться от обломков при помощи данного аппарата не завершилась успехом, т. к. космический корабль не смог запустить шнур. Ранее японское агентство предлагало также удалять отходы в космосе при помощи стальных сетей, которые на специальном спутнике выводились бы на орбиту, собирали там мусор, а затем отсоединялись и направлялись к слоям атмосферы.

Американские специалисты изобретают космическое оборудование — так называемые «одеяла», которые будут собирать все космические отходы и направлять их атмосферу, где они будут сгорать.

Но сколько бы ни существовало предложений, на сегодняшний день не получилось разработать эффективный прием борьбы с отходами в космосе по разным причинам, в частности, из-за дорогой цены способов чистки пространства около нашей планеты. Одновременно с этим от научных и псевдонаучных групп поступают разные, иногда не очень хорошие предостережения и версии развития проблемы.

Одни говорят, что если не заниматься данным вопросом, то спустя два столетия работа в космосе прекратится навсегда. Иные считают, что существует опасность от космических отходов, которая состоит в том, что нельзя будет установить причину аварии или повреждения спутника: или это будет связано с обломками в космосе, или этому поспособствует какая-либо страна.

Интересные факты

Необычные факты о космических отходах долгие годы не сходят с уст. Включая ТВ, человек видит новую фантастику, которая снята о космосе. Несмотря на то что освоение человечеством космического пространства не было таким скорым, орбита Земли стала напоминать свалку для отходов разного происхождения. Ежегодно они представляют все большую опасность, так как количество их увеличивается:

  1. Самым первым мусором в космосе является американский спутник. В пятидесятых годах на орбиту был запущен спутник «Авангард». Он стал четвертым объектом, который запустили в космос люди и функционировал на солнечной батарее. После того как срок его работы закончился, его так и не уничтожили.
  2. От обломка ракеты пострадала женщина. Десять лет назад в американском штате Оклахома произошел необычный, но опасный случай. На местную жительницу упал стальной предмет, обломок попал ей в плечо. Сначала она очень испугалась, но когда инцидент был расследован, она стала очень популярной.
  3. Переработка мусора в космосеПеремещение отходов в космосе может нанести значительный ущерб тому, что они встретят на своем пути. Ученые установили среднюю скорость перемещения мусора на орбите, которая равняется десяти километрам в секунду.
  4. Специалисты не смогли узнать, что на тайный предмет находится на Луне. В шестидесятых годах прошлого века сделали фото поверхности спутника. На них четко виден предмет белого оттенка. Продолжительное время космонавты думали, что это предмет-тайна, так как не могли выяснить, как он возник. Спустя несколько лет определили, что это мусор, который космонавты выбросили из корабля.
  5. Сегодня в космосе насчитали примерно семь тысяч отходов.
  6. Вес отходов колеблется от нескольких грамм до нескольких тонн. Предметы, перемещаемые по орбите, могут обладать любой массой.
  7. Переработка мусора в космосеТихий океан обладает собственным Титаником в космосе. Самый крупный мусор, который упал на поверхность Земли — это орбитальная станция «Мир».
  8. Значительное число мусора успело образовать на орбите настоящую свалку. Обломки кораблей и спутников сталкиваются с метеоритами и друг с другом. Из-за этого мусора становится все больше. Мельчайшие отходы представляют опасность для каждого предмета.
  9. В формировании отходов вина лежит на человечестве. Америка и Советский Союз провели несколько испытаний. Это было в шестидесятые — восьмидесятые годы прошлого века. В девяностых годах смогли отследить семь процентов от общего число отходов, которые сформировались от двенадцати испытаний.

Только два государства могут отслеживать пространство около орбиты. При помощи разработанных систем они контролируют космос. Это дает возможность изобретать способы удаления отходов в космическом пространстве.

Мусор из космоса регулярно падает на поверхность Земли. Предметы значительных габаритов, перемещающиеся на низких орбитах, спустя определенное время могут войти в атмосферу. Их скорость падает, а отдельные куски достигают Земли. Фактически ежедневно в плотные слои атмосферы проникают мельчайшие частицы, большие — несколько раз в месяц.

Как очистить орбиту от космического мусора?

Проблемы людей с мусором не заканчиваются на Земле — они следуют за нами в космос. Тысячи тонн брошенных спутников, отработанных ракетных частей и блуждающих фрагментов мусора теперь кружат вокруг нашей планеты на невероятных скоростях, и объем космического мусора растет с каждым годом.

Переработка мусора в космосе

С начала космической эры состоялось более 4900 запусков — более 6600 спутников припарковались на орбите. Из них 3600 остаются в космосе, из которых только 1000 функционирует нормально. Несомненно, мы вывели на орбиту довольно много мусора — и он вышел из-под нашего контроля. Примерно 65% орбитального мусора, входящего в каталог, произошло из-за столкновений на орбите.

Общее количество космического мусора сейчас составляет:

  • 30 000 обломков больше 10 сантиметров в поперечнике
  • 670 000 обломков больше 1 сантиметра
  • 170 миллионов обломков больше 1 миллиметра

Среди этих объектов отработанные верхние ступени ракет, списанные или сломанные спутники, пусковые адаптеры, крышки от объективов и даже тонкие медные провода — все, что сопровождает запуск ракеты. Объекты отслеживаются US Space Surveillance Network, которая составляет каталог космического мусора от 5 до 10 сантиметров на низкой околоземной орбите и до 1 метра на геостационарной орбите.

И все-таки оно вертится

Переработка мусора в космосе
Опасность, которую представляют эти объекты для астронавтов, спутников и космических станций, далеко не шуточная. Как было прекрасно показано в «Гравитации», Первый закон движения Ньютона ведет себя как редкостный чудак на букву «м» на орбите. Весь этот мусор вращается вокруг Земли с огромной скоростью, и нет никакой атмосферы, об которую он мог замедлиться или сточиться.

10-сантиметровый кусок космического мусора может полностью разбить спутник, а сантиметровый кусочек полностью выведет из строя космический аппарат и пробьет щиты Международной космической станции. Даже миллиметровый объект может вывести из строя деликатные подсистемы.

И столкновения происходят. Первое непреднамеренное столкновение двух спутников произошло 10 февраля 2009 года в 776 километрах над Сибирью. Частный американский спутник связи Iridium 33 и российский военный спутник «Космос-2251» столкнулись со скоростью 11,7 км/с. Оба спутника были полностью разрушены и произвели более 2200 отслеживаемых фрагментов. Для сравнения: пассажирский авиалайнер летит в 80 раз медленнее.

Синдром Кесслера

В фильме «Гравитация» также был использован некий вымышленный сценарий. Русские использовали ракету для уничтожения одного из своих спутников. В результате появилось массивное поле обломков, которое вращается вокруг Земли раз в 90 минут, а также вызывает цепную реакцию — синдром Кесслера — сталкивается с другими спутниками и наращивает массу. Такая космическая лавина. И, как показал фильм, лучше не стоять у нее на пути.

На самом деле, такая ситуация уже происходила, только в значительно меньших масштабах. В 2007 году, в рамках демонстрации силы, китайские военные сбили одну из нерабочих метеорологических станций, случайно выбросив тысячи обломков мусора на орбиту.

Шансы на то, что начнется синдром Кесслера, растут с каждым годом, по мере увеличения количества барахла на орбите.

Как же все-таки убрать весь этот мусор? Сможем ли мы когда-нибудь убрать массивное поле обломков вроде того, что показали в «Гравитации»? Ответ да, однако потребуется недюжинная изобретательность и много терпения.
Переработка мусора в космосе

Немножко профилактики

Прежде чем мы займемся непосредственной очисткой, стоит поговорить о профилактике и ликвидации последствий. К примеру, мы можем начать делать спутники и космические станции более прочными. Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел). Спутники также должны быть более маневренными.

При этом мы должны сделать все возможное, чтобы предотвратить появление космического мусора. Во избежание столкновений, например, орбиты всех обломков мусора и возможных целей должны быть известны заранее. К счастью, эта информация предоставляется каталогом U.S. Strategic Command (USSSTRATCOM). Офис Европейского космического агентства, ответственный за космический мусор, предоставляет прогнозы событий и оценку риска столкновений в качестве сервиса для миссий ESA и третьих лиц.

Перспективные способы очистки орбиты Земли

Итак, пришло время очистить орбиту Земли от космического мусора. Ученые и инженеры предлагали массу разнообразных стратегий по активной уборке космического мусора, хорошие и не очень. Давайте пробежимся по списку наилучших кандидатов.

Старые добрые невод и гарпун

Более известная как ElectroDynamic Debris Eliminator (EDDE), эта идея заключается в том, чтобы отправить в космос спутник, вооруженный сетью и гарпуном. И действительно, захватывать спутники и другие объекты, сбившиеся с пути, можно обычной сетью. Этот план недорого стоит, удобен и может выехать с любой миссией на низкую околоземную орбиту.

Такие спутники могли бы маневрировать по всей НОО и убирать буквально любую цель. Более того, их можно было бы использовать многократно, а значит и убирать больше целей. Разработчики полагают, что EDDE мог бы убирать 136 объектов в три года — а 12 EDDE могли бы убрать 2465 объектов на НОО весом более 2 килограммов за семь лет.

Однако сработает такой план только с крупными объектами.

Космические воздушные шары

Зачем использовать сети, если есть воздушные шары? Эта идея называется Gossamer Orbit Lowering Device, или GOLD System, и были предложена Кристин Гейтс. Концепция использует очень большой и тонкий воздушный шар, который будет оборачивать объект и увеличивать его аэродинамическое сопротивление в несколько сотен раз, тем самым приводя к его падению в атмосферу Земли. GOLD System могла бы ускорить процесс естественного схода с орбиты у некоторых объектов с нескольких столетий до нескольких месяцев. Надувная система проста и эффективна, по крайней мере на бумаге.

Реактивный буксир

Для более крупных объектов можно было бы использовать отдельных суицидальных роботов, которые будут двигать спутники к повторному входу в атмосферу. Проект CleanSpaceOne от EPFL, например, включает спутниковый куб, который будет преследовать, захватывать и уничтожать космический мусор. Правда, стоимость будет непомерно высока — порядка 200 миллионов долларов для каждой миссии.

Переработка мусора в космосе

Солнечный парус

Surrey Space Centre работает над HybridSail — системой, объединяющей большой развертываемый отражающий парус с тросами для буксировки объектов с орбиты. Система будет сводить объекты с орбиты за счет аэродинамического сопротивления и обмена импульсом с заряженными тросами и ионосферной плазмой.

В этой схеме небольшой спутниковый куб должен состыковаться с куском космического мусора. Затем, используя магнитную систему ориентации, он бы стабилизировал крен, тангаж и рыскание объекта. Затем развернул бы тросы и парус 5 на 5 метров, положив начало фазе схода с орбиты.
Переработка мусора в космосе
Перезагрузка низкой орбиты с вольфрамовой пылью

Мы могли бы выпустить облако вольфрамовой пыли на орбиту для создания атмосферного сопротивления на орбитальных высотах. С уменьшением скорости целостность орбит тысяч обломков космического мусора была бы нарушена. Небольшие кусочки мусора постепенно сходили бы со своих орбит в течение нескольких десятилетий (решение не мгновенное).

Чтобы это сделать, нужно выпустить облако вольфрамовой пыли — крошечные частицы не более 30 мкм в поперечнике — на высоте порядка 1000 километров, создав относительно толстый слой мелких частиц материи, которые будут полностью окутывать планету. Вольфрам, который почти в два раза плотнее свинца, прибавит существенный вес любому объекту, за который зацепится.

Идея прекрасная — идеально подойдет для синдрома Кесслера — но в случае с крупными объектами работать не будет.

Более того, она может иметь потенциально катастрофические последствия на другие орбитальные объекты вроде функционирующих спутников. Также она может повредить чувствительное оборудование вроде солнечных панелей. Следовательно, ее можно рассматривать только как модель «перезагрузки» — полное очищение земной орбиты.
Переработка мусора в космосе
Стена замерзшей воды в космосе

Этот вариант немножко странный: Ballistic Orbital Removal System. По мнению Джеймса Холлопетера из GIT Satellite, в космос можно отправить ракеты, заполненные водой. После того как они выгрузят свой груз на орбите, появится поле кристаллизовавшейся воды, в которое будет попадать орбитальный мусор, замедляться и сходить с орбиты. Звучит странно — но идея похожа на вариант с вольфрамовой пылью. Вода у нас водится в огромном изобилии, тогда как роботизированные спутники сложные, хрупкие и дорогие.

Перенаправление с помощью лазера

А вот работка наземным лазерам. Laser Orbital Debris Removal, или LODR, будет использовать мощные импульсные лазеры, которые будут стрелять с поверхности и создавать плазменные джеты на космическом мусоре. Это приведет к тому, что мусор будет замедляться и повторно входить в атмосферу, падая в океан. Технологии у нас уже есть, причем лет 15 уже, только вот по плану на один объект будет уходить до миллиона долларов.

Другая похожая идея — спутник, который может выстреливать электрически заряженные атомы или ионы, постепенно замедляя и стаскивая объект на Землю.
Переработка мусора в космосе
Самосвал мусора на геостационарном кладбище

Вместо того чтобы захватывать объекты когтями, гарпунами и сетями, мы могли бы перемещать крупные объекты, не прикасаясь к ним. Кроме того, нам не обязательно сталкивать их в атмосферу — мы могли бы выводить их на геосинхронную орбиту.

Для этого спутники-уборщики должны быть оснащены электростатическим управлением и двигателями малой тяги, чтобы избегать каких-либо контактов. Как вариант приводится система GliDeR, которая будет использовать активные выбросы заряда и прямые потоки заряженных частиц в отношении мусора.

Космический мусоровоз
Переработка мусора в космосе
Представьте себе орбитальный мусоровоз, а вместе с ним и перерабатывающий завод. Дизайнер Вон Линг представил его так:

«Мой фантастический концепт — это система, состоящая из коллектора, распылителя сети и пункта утилизации на околоземной орбите. Учитывая то, что стоимость запуска может варьироваться от 4 до 5 тысяч долларов за фунт (8-10 тысяч за килограмм), не говоря уж о ценных металлах, используемых в производстве спутников, переработка может стать прибыльным делом однажды. Такой сборщик может работать на ядерной энергии и эффективных ракетах VASIMR для движения и сбора мусора».

Телескоп с лазером

Международная группа ученых предлагает прикрепить гигантский лазер к космическому телескопу и взрывать с его помощью мусор на орбите.

«Возможно, мы, наконец, нашли способ убрать головную боль быстро растущего объема космического мусора, опасного для космической деятельности, — говорит Тошиказу Ебисузаки из Калифорнийского университета в Ирвайне. — Мы считаем, что эта отдельная система может устранить большую часть сантиметрового мусора уже за пять лет эксплуатации».

Для устранения орбитального минного поля, в рамках предложения Acta Astronautica, за основу будет взят Extreme Universe Space Observatory (EUSO), новый японский космический телескоп, который присоединится к МКС в 2017 году. EUSO не был предназначен для утилизации мусора — по факту, его основная задача — регистрировать ультрафиолетовое излучение высокоэнергетических космических лучей, которые входят в атмосферу Земли в ночное время. Но мощная оптика телескопа и широкое поля зрения делают его идеальным инструментом для определения небольших скоростных обломков мусора, которые носятся вокруг МКС.

В сочетании с высокоэнергетическим лазером, EUSO становится отличным стрелком. Ебисузаки и его коллеги предлагают оснастить телескоп CAN лазерной системой, которая была спроектирована для нового поколения ускорителей частиц. Лазеры CAN используют массив из тысяч оптоволокон, которые действуют сообща и производят мощный плазменный импульс. Ебисузаки считает, что такой импульс способен замедлять кусок мусора, пока тот не упадет на орбиту и не сгорит в атмосфере Земли.

С глазами EUSO и силой CAN, Ебисузаки говорит, что мы сможем останавливать опасные частицы в полете и сталкивать их в атмосферу Земли. Ученые сейчас занимаются проведением небольшого эксперимента на МКС, используя 20-сантиметровую версию EUSO и мини-лазер CAN с 100 оптических волокон.

«Если все пойдет хорошо, — говорит Ебисузаки, — мы планируем установить полномасштабную версию на МКС, включив трехметровый телескоп и лазер с 10 000 волокон, которые будут способны сбивать мусор с орбиты на расстоянии до 100 километров. Заглядывая дальше в будущее, мы могли бы создать отдельную миссию и вывести ее на полярную орбиту на высоте 800 километров, где сосредоточено больше всего мусора».

Глядя на такие усилия по очистке замусоренного нами же космоса, можно понадеяться, что небо в ближайшее время станет гораздо чище. А после этого направим определенные усилия на уборку мусора на Земле.
Переработка мусора в космосе

Утилизация космического мусора

Переработка мусора в космосе

Природа – бесценный дар, один на всех

УТИЛИЗАЦИЯ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА

Средняя общеобразовательная школа №6

Основополагающий вопрос: Как очистить околоземное пространство от космического мусора и сделать ее безопасной.

Рассмотреть проблему засорения околоземного космического пространства «космическим мусором», которая может привести к практической невозможности дальнейшего освоения космоса;

2. Ознакомиться с имеющимися на сегодняшний день проектами очистки ближнего космоса;

Познакомить с данной экологической проблемой обучающихся своей школы.

Актуальность: Острейшей проблемой общества стала безопасность космонавтов и сохранность искусственных спутников от мусора, заполняющего космическое пространство. Ученые из различных стран вырабатывают методы контроля над космическим пространством и утилизации космического мусора, выдвигают различные проекты утилизации космического мусора с геостационарной орбиты, потому что нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны, прямо или косвенно участвующие в его освоении. Засорение происходит непосредственно и самой поверхности Земли. Космические трассы проходят в Росии над Алтаем с 1959 года. За это время на территории республики “выпали” отделяющиеся ступени около 400 космических кораблей. Неудивительно, что железяками из космоса оказались замусорены огромные территории. Возникла насущная потребность срочно заняться проблемой космического мусора, чтобы предотвратить впоследствии экологическую катострофу.

Свалка на небе – неприятности на Земле…………………………………………………………4

Вакансия космического мусорщика открыта…………………………………………………….6

Правила космического движения…………………………………………………………………6

Космический мусор – все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. Крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы, объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли — при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населенные пункты, промышленные объекты, транспортные коммуникации и т. п. Например, директор Алтайского регионального института экологии Юрий Робертус сообщил, что унитарное предприятие “Зонт” собрало и утилизировало первые 15 тонн космического мусора. А на территории Республики Алтай осталось еще около двух тысяч тонн “космических останков”. Для сбора отделившихся ступеней и было создано предприятие “Зонт”. Сейчас его сотрудники очищают окрестности населенных пунктов Усть-Канского, Турачакского и Улаганского районов. Особое внимание уделяется очистке прибрежной зоны уникального Телецкого озера. Однако эта работа практически сводится на нет отсутствием должного финансирования со стороны Росавиакосмоса. А такими темпами очищать Алтай от космического мусора придется не один век. Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. Впервые о масштабном загрязнении космоса ученые заговорили в 1980-х, когда концентрация мусора на орбите Земли достигла такой плотности, что баллистикам требовалось хорошенько поработать, чтобы безопасно разместить среди него тот или иной спутник. В последнее десятилетие ситуация только ухудшилась. Количество мусора в околоземном пространстве столь велико, что это создает реальную опасность для работающих там автоматических станций. В ближайшем будущем сложности будут нарастать как снежный ком. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 г. Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существуют оценки, так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора», при экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора и к практической невозможности дальнейшего освоения космоса.

Недавний инцидент на МКС показал, что угроза намного серьезнее, чем можно предположить. Как рассказал космонавт Максим Сураев, космический мусор размером всего в 1 см чуть было не поставил крест на очередной вахте МКС. Осколок оказался в красной зоне станции, космонавтам пришлось экстренно собирать вещи, занимать места в кораблях “Союз” и готовится к возможной эвакуации. Тревога оказалось ложной, но эта мусорная история могла иметь весьма печальные последствия.

Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьезной проблемой».

Мелкий мусор, находящийся в космическом пространстве, не представляет опасности для населения Земли. Рано или поздно любой объект в результате трения об остатки атмосферы затормозится, начнет падать на Землю и сгорит в верхних слоях атмосферы, но в зависимости от размера объекта и высоты орбиты срок существования отходов может составлять от нескольких месяцев до сотни лет. Однако самоочищению не подвергаются объекты искусственного происхождения, находящиеся в зоне геостационарной орбиты, которая расположена на расстояниикилометров от поверхности Земли строго над экватором. А геостационарная орбита – самая востребованная человечеством зона, так как именно здесь космические аппараты обладают уникальным свойством: их скорость точно соответствует скорости вращения Земли. Это означает, что искусственный спутник без каких бы то ни было затрат топлива и коррекций скорости постоянно висит над конкретной точкой Земли (ни одна другая орбита предоставить такую возможность не способна). Это свойство бывает чрезвычайно полезно, когда необходима надежная и постоянная спутниковая связь, в противном случае для ее обеспечения понадобится целая сеть сменяющих друг друга спутников связи, что намного дороже и сложней даже с учетом того, что вывод на низкую орбиту в несколько раз дешевле, чем на геостационарную. На геостационарную орбиту спутники запускают с 1963 года, но уже через год некоторые из них перестают быть активными. В настоящее время там находится свыше одной тысячи объектов и лишь 350 из них действующие спутники. Ежегодно к ним прибавляется два-три десятка новых стационаров и неимоверное количество обломков разрушившихся по разным причинам спутников. На геостационарной орбите нет атмосферы, соответственно некому там тормозить объекты, и поэтому пока их не тронешь, они будут там вечно кататься и мешать действующим и вновь прибывающим космическим аппаратам. По данным, опубликованным Управлением ООН по вопросам космического пространства, в октябре 2009 года «Вокруг Земли вращается около 300 тысяч обломков мусора». Интересные результаты принес научный тандем ведущего научного сотрудника Пулковской обсерватории Аллы Сочилиной и члена-корреспондента Академии наук Грузии Ролана Киладзе. Астрономы из некогда двух братских республик смогли блестяще обозначить теорию движения геостационарных спутников. Если ныне используемые математические расчеты позволяют определять график движения спутников обычно на 6 месяцев вперед, то новая методика, разработанная Аллой Сочилиной и Роланом Киладзе, позволяет рассчитать нахождение того или иного спутника на 100 лет вперед.
“Для чего это нужно знать? Теперь мы можем определять свободные места на геостационарной орбите, чтобы с меньшим риском столкновения с космическим мусором запускать на орбиту новые спутники. Словом, появилась возможность определять на орбите “чистые места”, чтобы “мертвые” объекты искусственного происхождения не калечили дорогостоящие космические аппараты, и сами не превращались в металлолом”, – объяснил Ролан Киладзе.

Свалка на небе – неприятности на Земле

В первую очередь от космического мусора страдают, конечно, объекты, находящиеся на орбите. «Службы наземного наблюдения иногда фиксируют столкновения частиц космического мусора друг с другом, из-за чего их количество множится на орбите земли. Мелкие частицы представляют не меньшую опасность, чем крупные. Только представьте крупнокалиберную пулю, движущуюся со скоростью 8–10 км/с. При попадании подобной частицы в действующий космический аппарат сила соударения просто чудовищная. Ни один корабль не выдержит такого столкновения. Если же соударение произошло, облако обломков на орбите расползется по всем направлениям всего за пару недель, угрожая уничтожить и других соседей».И хотя вероятность вывода из строя орбитальных спутников космическим мусором все еще крайне мала, неприятные инциденты уже были, в том числе с пассажирскими космическими кораблями и орбитальными станциями. В 1983 году экипаж печально знаменитого шаттла Challenger обнаружил на лобовом стекле своего корабля небольшой след от соударения с посторонним предметом. Кратер был всего 2,5 мм в глубину и столько же в ширину, но заставил сильно поволноваться инженеров NASA. После приземления корабля специалисты тщательно осмотрели повреждения и пришли к выводу, что причиной соударения стала микрочастичка краски, отслоившаяся от какого-то другого космического аппарата. Пострадала от космического мусора и советская орбитальная станция «Салют-7», поверхность которой была буквально испещрена микроскопическими кратерами от соударения с частицами мусора. Чтобы предотвратить возможность подобных инцидентов в дальнейшем, станция «Мир» и пришедшая ей на смену МКС были оснащены экранами, защищавшими обитаемые модули от соударений с мелким мусором. Впрочем, и это не помогло. В июне 1999 года тогда еще необитаемая МКС имела все шансы столкнуться с обломком разгонного блока одной из ракет, уже долгие годы вращавшегося вокруг Земли. К счастью, специалистам российского Центра управления полетами (ЦУП) удалось своевременно скорректировать ее орбиту, и обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 км. В 2001 году МКС пришлось предпринимать специальный маневр, чтобы не столкнуться с семикилограммовым прибором, потерянным во время выхода в открытый космос американскими астронавтами. С тех пор станция уворачивается от космического мусора с завидной регулярностью, несколько раз в год. Космический мусор представляет опасность и для далеких от космоса землян, падая на их головы в прямом смысле этого слова. В 1978 году таежные области на севере Канады пострадали от падения советского спутника «Космос-594». Годом позже обломки американской космической станции Skylab рассыпались над пустынными районами Австралии. В 1964 году в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии на борту радиоактивные материалы рассеялись над акваторией Индийского океана. Всем памятна ситуация и со станцией «Мир», затопленной в Тихом океане. Тогда у десятков тысяч жителей островных государств случился форменный массовый психоз. Люди панически боялись, что «русская громадина» свалится им прямо на голову. А вот для жителей Алтайского края этот кошмар стал реальностью. Именно над этим регионом России пролегают траектории полета ракет, запускаемых с Байконура, и именно сюда валятся обломки первых ступеней с остатками высокотоксичного топлива. Но что же представляет собой космический мусор? Откуда он берется?

Ситуация складывается парадоксальная. Чем больше мы запускаем аппаратов в космос, тем менее пригодным для использования он становится. И, действительно, по оценкам российских специалистов, в настоящее время в космосе находится более 10 тысяч летательных аппаратов и спутников Земли, при этом функционируют из них только 6%. Космические аппараты выходят из строя с завидной регулярностью, а в результате плотность космического мусора на орбите ежегодно увеличивается на 4%. В настоящее время вокруг нашей планеты вращается около 70–150 тысяч объектов размером от 1 до 10 см, частиц же менее 1 см в диаметре – миллионы. «И если на низких орбитах, примерно до 400 км, мусор притормаживает о верхние слои атмосферы и со временем падает на Землю, то на геостационарных орбитах он может вращаться бесконечно долго», – продолжает Александр Багров.
Свой вклад в дело увеличения космического мусора вносят и разгонные блоки ракет, с помощью которых спутники выводятся на геостационарные орбиты. В их баках остается примерно 5–10% топлива, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что нередко приводит к мощным взрывам. После нескольких лет пребывания в космосе отслужившие ступени ракет разлетаются на куски, разбрасывая вокруг себя «шрапнель» мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было зафиксировано 182 подобных фейерверка. Только один недавний взрыв ступени индийской ракеты-носителя привел к образованию 300 крупных обломков и бесчисленного множества мелких, но не менее опасных объектов. Первые жертвы уже были. В июле 1996 года на высоте примерно 660 км французский спутник столкнулся с фрагментом третьей ступени французской же ракеты Arian, запущенной много раньше. Относительная скорость во время столкновения составляла около 15 км/с, или околокм/ч. Французские баллистики, прозевавшие на орбите приближение своего же крупного объекта, потом долго кусали локти, и было от чего. Происшествие не закончилось крупным международным скандалом только потому, что оба объекта имели французское происхождение.

Вакансия космического мусорщика открыта

«К сожалению, на данный момент эффективных способов уничтожения космического мусора не существует», – считает Эфраим Аким. По его мнению, собирать обломки при помощи американских шаттлов безумно дорого, да и челноки вот уже несколько лет стоят на приколе. Еще большее безумие сжигать космический мусор при помощи лазера, поскольку расплавленный металл, остывая, превратится в смертоносную «шрапнель», которая расползется по орбите, еще больше загрязнив космос. Заменить многоступенчатые ракеты многоразовыми системами тоже пока не представляется возможным, слишком уж они дороги. «Конечно, хорошо запускать и забирать спутники при помощи летающих тарелок. В любой момент взлетел, зацепил его и сел обратно на Землю, – смеется Эфраим Аким. – Увы, человечество подобными техническими устройствами не располагает. Пока они не появились, нам надо всеми силами предотвращать дальнейшее загрязнение космоса, иначе в будущем из-за опасности встречи с космическим мусором его освоение превратится в очень рискованное мероприятие».
Единственное, что пока могут предложить ученые, – тщательное картографирование космической свалки. Но и здесь все не так просто. «На сегодняшний день только два государства в мире способны эффективно отслеживать поведение космического мусора», – считает главный баллистик ЦУП Николай Иванов. Легко догадаться, что это Россия и США, которые являются и главными «загрязнителями» космоса. «У нас, как и в Америке, существуют уникальные наземные комплексы, позволяющие обнаруживать на низких орбитах кусочки до нескольких сантиметров в диаметре, но необходимо также совместно разрабатывать меры по их нейтрализации. Было бы неплохо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений, только в этом случае можно реально обезопасить полеты», – продолжает Николай Иванов. «Чтобы на космических дорогах не было аварий, необходимо выработать международные правила космического движения», – вторит ему Эфраим Аким. Первые шаги в этом направлении уже сделаны.

Правила космического движения

«Предотвращением дальнейшего загрязнения космического пространства занимаются несколько международных комиссий, в том числе под эгидой ООН, – рассказывает ученый секретарь Совета по космосу РАН Александр Алферов. – Правда, они сталкиваются с неповоротливостью ряда агентств, предпочитающих все очень тщательно взвесить, прежде чем идти на сотрудничество. Дело в том, что многие спутники принадлежат военным ведомствам и полную информацию о них получить весьма сложно. Нельзя сбрасывать со счетов и коммерческую сторону вопроса». Впрочем, приватизация космоса играет на руку тем, кто ратует за его чистоту. «Космос постепенно превращается в зону вложения капитала, а коммерсантов всегда интересовали вопросы страхования рисков и возмещения потерь в результате тех или иных форс-мажорных обстоятельств, – считает Александр Багров. – Без выработки единых правовых норм достичь этого не удастся. К примеру, кто должен отвечать, если старый безжизненный спутник или разгонный блок ракеты, запущенной одним государством, протаранит автоматическую станцию, принадлежащую другой стране? Пока на этот вопрос ответа нет, хотя подобные прецеденты уже имели место». И хотя частные космические компании делают только первые шаги, сам факт их появления на свет подтолкнул к выработке единых международных правил. «В настоящее время интенсивно вырабатываются новые требования к космической технике, определяются зоны работы спутников и оговариваются методики захоронения выработавших свой срок аппаратов», – рассказывает Эфраим Аким. Одним из первых реальных достижений в деле борьбы с космическим мусором стала выработка новых международных стандартов в отношении искусственных спутников Земли. Теперь на их борту должны присутствовать резервные запасы топлива, чтобы по истечении срока работы увести аппараты в специально отведенные районы околоземных орбит или направить к Земле. Желательно также оснащать спутники дополнительными системами управления, способными в случае поражения аппарата частицами мусора уводить его с рабочих орбит. Предполагается, что «кладбища спутников» будут располагаться на 200–300 км выше зоны геостационарных орбит. «Конечно, внедрение новых стандартов идет очень медленно, – признает Эфраим Аким, – ведь они связаны с существенными затратами. Изменение в конструкции спутников влечет за собой дополнительные многомиллионные вложения, что нравится не всем аэрокосмическим корпорациям. Но без этих мер на данный момент просто не обойтись, и все это понимают». Другой важный шаг – внесение в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива. Оказавшись в космосе, после завершения маневра управляющая электроника в обязательном порядке должна открыть клапаны и выбросить излишки горючего. К сожалению, и этого порой недостаточно. Из-за особенностей топлива и невозможности полностью выбросить его из резервуаров взрываются даже «опустошенные» баки. А значит, должны быть предприняты меры по совершенствованию конструкции космических ракет.

Способы утилизации мусора в космосе

Для дальнейшего познания Вселенной очень важно развитие космонавтики. За минувшие полвека, как человек начал с помощью космических аппаратов исследовать космос, он окружил Землю поясом искусственных спутников и отходов, грозящих затормозить изучение космоса. Учёные изобретают космические системы-мусоросборщики, уже ряд проектов готов вступить в борьбу за чистоту околоземных орбит. 4 существующих проекта представлены в приложених данной работы. Из приведённых примеров видно, что существуют разные методы сбора космического мусора. Все они очень дорого стоят. Чтобы уменьшить затраты на их производство и применение, следует совершенствовать конструкции спутников, космических кораблей и ракет, чтобы от них оставалось как можно меньше космического мусора.

Японские конструкторы разработали технологию утилизации космического мусора. Робот-уборщик захватывает рукой-манипулятором старый спутник или обломок ракеты и бросается вниз, сгорая вместе с ним в атмосфере. Строительство одного такого робота весом 140 кг обойдется в 4 млн. долларов. Однако очевидно, что спрос на устройства будет расти. Количество мусора в космосе увеличивается, и его столкновение с космическими аппаратами может привести к непоправимым последствиям.

Роскосмос сообщает, что за последние три года ситуация с космическим мусором в области низкой околоземной орбиты, на которой реализуются пилотируемые программы, резко обострилась. В диапазоне высот 750-850 км концентрация фрагментов мусора увеличилась более чем в два раза. По данным Роскосмоса, за два года в околокосмическом пространстве образовалось не менее 3 тыс. новых космических объектов размером более 10-20 см. По мере того, как все больше стран запускают спутники для различных нужд, плотность “населения” околоземных орбит растет. В феврале 2009 года на орбите произошло столкновение между двумя беспилотными аппаратами. Над Сибирью встретились два спутника: американский Iridium 33 и неработающий советский аппарат “Космос-2251”. В результате космической аварии на орбите образовалось более 500 новых фрагментов. «Такое загрязнение околокосмического пространства является беспрецедентным. Оно в четыре раза превышает средний темп загрязнения орбиты за все предшествующие годы. Оценки максимальной концентрации космического мусора разных размеров увеличились в 2009 году по сравнению с 2003 годом в 2,3-2,6 раза. Соответственно, увеличились и вероятности столкновений космических аппаратов с космическим мусором», — отмечают в Роскосмосе. По прогнозу британских астрономов, в ближайшие 5 лет вероятность столкновения космических аппаратов с мусором на орбите увеличится как минимум в два раза. Еще через 50 лет этот показатель увеличится вчетверо. Необходимость постоянного мониторинга и проведение спецопераций по уклонению от опасных объектов существенно увеличит стоимость космический миссий.

Из-за космического мусора зачастую неточны метеопрогнозы и сбоит навигационное оборудование. Кроме того, по словам начальника Сводного управления Роскосмоса Юрия Макарова, космический мусор может служить удобным прикрытием действий против спутников со стороны потенциального противника — для этого могут использоваться малогабаритные космические аппараты. «Ситуации, связанные с космическим мусором, могут стать предлогом для начала военных действий против космических средств потенциального противника в случае, если они будут истолкованы как посягательство на права, технические средства и свободу действий в космосе», — заявил он. А в NASA полагают, что любой космический мусор можно будет использовать, изменив его траекторию — соответствующие технологии могут появиться уже через несколько лет.

По мнению экспертов, если не предпринять мер сегодня, то уже через 10-15 лет геостационарная орбита будет окончательно “забита”, на ней не останется места для новых спутников, а после 2050 года из-за мусора полеты в космос станут просто невозможны

Ученые из различных стран выдвигают различные проекты утилизации космического мусора с геостационарной орбиты. Но прежде чем приступать к данной работе, что возможно пока лишь теоретически, необходимо каталогизировать объекты искусственного происхождения. То есть зафиксировать местонахождение каждого из многих десятков тысяч объектов, знать их размеры и скорость движения.

Корабль «Прогресс» станет основой “космического мусоровоза”


Космический грузовой корабль «Прогресс» может быть использован в качестве прототипа для разработки аппарата по утилизации космического мусора – заявил начальник научно-технического проектного центра ракетно-космической корпорации “Энергия” Игорь Хамиц. Космические корабли “Прогресс” позволяют восполнять на Международной космической станции запасы расходуемых материалов. С их помощью также корректируют орбиту МКС, проводят космические эксперименты и научные исследования. Полеты грузовых кораблей “Прогресс” стали неотъемлемой частью программ транспортно-технического обеспечения полета долговременных орбитальных станций “Салют-6” и “Салют-7”, а также первого международного исследовательского комплекса “Мир”, проработавшего на орбите 15 лет.

Между тем, несмотря на желание заработать, у России сегодня нет готовой технологии сбора и утилизации космического мусора. Со слов Лапоты, в РКК “Энергия” разрабатывают проект “космического пылесоса”. Такой корабль может быть создан на основе буксира или платформы с ядерной энергоустановкой, конструкция будет оснащена вместительным контейнером и системой утилизации, которая позволит либо сжигать мусор, либо оттаскивать его на безопасные орбиты. По мнению конструкторов, корабль-мусорщик должен быть беспилотным и работать в автоматическом режиме. Но, как отметил президент РКК, пока это только идеи.

По мнению профессора МФТИ, декана факультета аэрофизики и космических исследований Сергея Негодяева, в “мусорном” сегменте России придется серьезно конкурировать с США. “Задача по утилизации космического мусора крайне сложная и с научной, и с технологической точки зрения”, — подчеркнул он. А сейчас же не существует даже централизованной системы наблюдения.

В результате данной исследовательской деятельности я наметил план разрешения проблемы утилизации космического мусора:

Необходимо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений; Необходимо выработать международные правила космического движения; Выработать новые, единые требования к космической технике, определить зоны работы спутников; Обязательно еще до запуска в космос оговорить методику захоронения выработавших свой срок аппаратов; Внести в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива; Объединить усилия ученых разных стран по разработке технологии сбора и утилизации космического мусора; Следует совершенствовать конструкции спутников, космических кораблей и ракет, чтобы от них оставалось как можно меньше космического мусора.

http://space. /gateway/news. nsf/21b593da6ad3c5b6c3256ae… http://www. *****/doc. html? >Приложения

Переработка мусора в космосе

Переработка мусора в космосе

Рисунок 1. Машина-мусоросборщик с рукой-роботом

Космический корабль, оснащённый рукой-роботом, захватывает мусор клещами и помещает его в специальный отсек. Это устройство позволит очистить космос от отработанных спутников и ступеней ракет. Заполненный мусором отсек возвращается на Землю для утилизации.

Переработка мусора в космосе

Рисунок 2. Движущаяся сеть

Американские учёные предложили ловить отходы с помощью сети. В космосе разворачивается нечто вроде рыболовной сети из полимерных материалов, достаточно прочных, чтобы избежать повреждений при столкновении с космической пылью. Такую сеть прикрепляют к небольшому спутнику, после этого она должна развернуться, поймать мусор и снова свернуться со своей добычей. Наиболее применима для крупных отходов: обломков спутников и ракет. Собранные отходы возвращаются на космическом корабле на Землю для утилизации.

Переработка мусора в космосе

Исследователи предложили стрелять по отходам из лазерных пушек, чтобы они разогрелись до такой степени, что превратились бы в газ. Такие пушки могут располагаться на Земле и направляться сверхчувствительными радарами, способными обнаруживать предметы диаметром в один сантиметр.

Переработка мусора в космосе

Рисунок 4. Пластины из Аэрогеля

Аэрогель – это чрезвычайно пористый материал: он состоит из пустоты на 99%. Попадая в такое вещество, мельчайшие частицы заполняют пористую поверхность и оседают в пластине. Заполненные пластины возвращаются на Землю для утилизации.

Что такое космический мусор и методы борьбы с ним

Термин «космический мусор» давно перестал быть фразой из фантастических фильмов. Активное покорение космических пространств неминуемо привело к скоплению обломков аппаратов, станций, спутников на околоземной орбите. Именно они формируют загрязняющее облако вокруг Земли, мешают дальнейшему освоению космоса, повреждают корпуса взлетающих ракет.

Понятие космического мусора

Первая информация о космическом мусоре датируется серединой XX века с момента доставки первых спутников на околоземную орбиту. Со временем их количество стремительно растет.

С Земли отслеживают объекты, из которых только 6% являются функционирующими. Остальные образуют загрязнение космического пространства. Размеры их начинаются от 1 см в диаметре. Но наличие постоянного движения на большой скорости приводит к тому, что они становятся потенциально опасными для космических кораблей.

Дополнительно велика вероятность падения крупных элементов на Землю под влиянием гравитации.

Сколько мусора в космосе?

Точных данных о количестве дрейфующего мусора вокруг планеты неизвестно. Предположительно количество обломков составляет до 100 000 при весе 5000 тонн.

В каталогах, которые ведут страны, насчитывается не более 15 000 обломков, что не может соответствовать реальности. Продолжительный период освоения космоса в сочетании с отсутствием утилизации привел к скоплению огромного количества парящих в космосе фрагментов. Возможная причина преуменьшения объема – невозможность фиксации всех частиц за счет малых размеров.

Карта космического мусора

Для оценки загрязнения космоса была создана трехмерная визуализация, отражающая известные и контролируемые обломки. Цветная индексация позволяет отличать активные и неактивные объекты:

Переработка мусора в космосе

  1. Зеленым цветом обозначают действующие космические спутники.
  2. Серым – работоспособное, но не действующие на данный момент.
  3. Красным – космический мусор вокруг Земли, неспособный функционировать.

Посмотрев впервые на предложенную визуализацию, создается ложное впечатление свалки вокруг Земли. Следует понимать, что каждая точка на карте определяет расположение элемента без учета размеров и расстояния до соседнего обломка.

С другой стороны, ущерб от повреждения 1000 спутников составляет 130 млрд. долларов. Поэтому космические агентства крайне пристально отслеживают концентрацию мусора.

Причины возникновения и основные источники

Над Китаем, США и Россией зарегистрирована большая часть космического мусора. Сконцентрированы на высоте от 300 км до 1,5 тысяч километров от Земли. При расположении на орбите все объекты подчиняются гравитации и притягиваются к поверхности планеты. Соответственно, вероятность спонтанного падения всегда присутствует.Переработка мусора в космосе

Если посмотреть на состав, то он крайне неоднороден. Источниками засорения околоземного пространства являются:

  • 55% – отходы космической деятельности, последствия взрывов, столкновений;
  • 20% – нефункционирующие спутники;
  • 17% – разгонные блоки, ступени ракет, отсоединившиеся на взлете;
  • и только 6% – работающие станции.

Скапливаясь в космосе, мусор повреждает обшивки станций, ракет, нарушает герметичность. В результате возникает замкнутый круг, когда обломки провоцируют формирование новых загрязняющих элементов. Так произошло столкновение российского спутника «Космос-2251» и американского «Иридиум-33». В результате они потеряли работоспособность, распались на 600 крупных обломков, пополнив космическую свалку.

Проблема засорения космоса мусором

С момента запуска первого спутника прошло более 60 лет. За это время в космос отправлено 6000 станций. Из них около 1000 являются действующими. О проблеме космического мусора заговорил генеральный секретарь ООН в 1993 году. В своем докладе он показал значимость проблематики в планетарном масштабе.

На основании выдвинутых теорий последствий засорения орбитального пространства, становится понятна необходимость контроля за свободно летающими космическими объектами. В противном случае, освоение космоса в ближайшем будущем будет под вопросом.

В чем состоит опасность?

Опасность вращающегося на околоземной орбите мусора заключается не в самих обломках, а в вероятности столкновения с взлетающими ракетами. Если от крупных фрагментов астронавты умеют уклоняться, то мелкие часто находятся вне поля зрения и пробивают обшивку. Это не сценарий фантастического фильма, а реальность.

Скорость движения объекта в космосе – 8 км/сек (пуля из автомата Калашникова вылетает со скоростью 1 км/сек). В 2006 году пропала связь со спутником «Экспресс-AM11», а причина выхода из строя космического аппарата – повреждение системы терморегулирования микрочастицей мусора. При таких скоростных показателях стремительно несущиеся осколки неминуемо повредят спутники. В фильме «Гравитация» подобная ситуация наглядно показана.

Реальные примеры опасного влияния космического мусора:

Переработка мусора в космосе

  1. Шаттл «Челленджер». Трещина в лобовом стекле по причине удара осколка менее 1 мм в диаметре.
  2. Шаттла «Индевор». Пробитие радиаторной панели.
  3. МКС. Множественные отметины, трещины на обшивке станции.

Другая, не менее грозная проблема, – падение фрагментов по типу метеорного потока. Движение на орбите обусловлено влиянием гравитации, без нее весь мусор улетел бы в далекий космос. Крупные объекты проходят через слои атмосферы, частично сгорая, и падают на Землю. Повреждения могут быть катастрофическими в случае приземления на населенный пункт.

Эффект Кесслера

Одна из версий загрязнения космоса базируется на цепной реакции или эффекте Кесслера. Выдвинул данную гипотезу консультант НАСА Дональд Кесслер. При столкновении двух крупных объектов образуется множество осколков. Каждая из вновь образованных частиц может распасться на еще более мелкие фрагменты. Подобная лавинообразная тенденция делает околоземную орбиту непригодной для полетов.

Переработка мусора в космосе

По его прогнозам увеличение количества космического мусора растет по экспоненте. Закрывая глаза на проблему, к 2055 году теория станет явью.

Методы удаления космического мусора

Специалисты, занимающиеся проблемами космоса, предлагают различные методы борьбы с космическим мусором. Большая часть способов сегодня находится в стадии разработки:

  • огромные металлические сети-улавливатели;
  • буксир, вывозящий обломки станций, спутников;
  • солнечный парус для выведения объектов с орбиты;
  • воздушные шары, обволакивающие мусор, для ускорения возвращения отработанных спутников на Землю;
  • воздействие лазером для смены траектории полета мусора;
  • распыление вольфрамовой пыли по контуру орбиты, что предупредит прохождение мусорных фрагментов к поверхности Земли.

Как убрать за собой?

Законодательно утвержденного международного соглашения относительно уменьшения мусорной нагрузки на орбите Земли сегодня не существует. Каждая страна руководствуется своими принципами в этих вопросах (например, уничтожение китайского спутника встречной ракетой в январе 2007 года). Общие рекомендации включают следующие положения:

  • спуск отработанных станций на землю с последующей переработкой и утилизацией;
  • выведение нефункционирующих аппаратов за пределы орбиты.

Космическое агентство предложило несколько альтернативных вариантов решения проблемы загрязнения космоса:

  1. Смещение обломков реактивной струей. Для реализации проекта требуются мощные космические установки, потому что осуществление с поверхности Земли невозможно.
  2. Захват и перемещение мусора с геостационарной орбиты на территорию захоронения (с помощью сети или солнечного паруса). Она располагается выше околоземной на 235 км. Испытали технологию японские ученые в 2016 году, но эксперимент провалился.
  3. Прикрепление индивидуального двигателя к каждому крупному объекту и выведение в ручном режиме.

Полезные изобретения

Несколько дней назад на орбиту с помощью ракеты-носителя Falcon 9 был выведен космический грузовик Dragon. На его борту находится экспериментальный вариант мусоросборщика, именуемый RemoveDebris. Действует система поиска и захвата мусора за счет гарпуна и сети.

У аппаратов подобного типа поле деятельности огромное, потому что количество объектов размером от 10 см на орбите более 20 000, а масса приближается к 8000 тонн.

Переработка мусора в космосе

Чисто там, где не сорят…

Чтобы предупредить увеличение концентрации космического мусора, следует создавать аппараты с минимальным риском спонтанного взрыва («события фрагментации» по внутренним причинам). По данным NASA на август 2007 года:

  • 194 эпизода разрушения по причине взрыва спутников, ступеней ракет, разгонных блоков;
  • 51 случай отделения фрагментов – солнечные панели, элементы конструкции, детали теплоизоляции.

Взрывы космических аппаратов возникают за счет перегрева остатков топлива в баках. Примеры подобной ситуации:

  • взрыв разгонного блока «Бриз-М» в октябре 2012 года;
  • возгорание топливного бака «Фрегат» спутника «Ангосат-1».

Для решения проблемы необходима модернизация в виде встраивания клапанов, обеспечивающих стравливание паров топлива. Либо гарантия работы двигателей до полной выработки с понижением орбиты аппаратов.

Кто и как контролирует мусор в космосе?

Чтобы обнаружить орбитальный мусор применяются два технологических направления:

  • оптические методы – использование оптических телескопов;
  • радиолокационные подходы – с помощью радиотелескопов.

Для координации программ по борьбе с космическим мусором в 2013 году создана международная организация – Межучрежденческий координационный комитет (IASDCC). Задача комитета – оценка перспектив и возможных «катастрофических столкновений». Оценив несколько независимых моделей, пришли к выводу о линейности появления контактных взрывов. Например, в 2210 году предполагается от 20 до 50 столкновений в год.

Околоземная орбита – это не свалка отработанных спутников. Чтобы сохранить возможность осваивать далекие миры, человечество сегодня должно бороться с космическим мусором и поддерживать чистоту околоземной орбиты.

Космический мусор вокруг земли: классификация, способы утилизации

Космический мусор вокруг земли – опасен ли он или его проблема просто надумана? Давайте разбираться!

Переработка мусора в космосе

Космическим мусором на околоземной орбите называют все те продукты человеческой деятельности, которые вертятся вокруг нашей планеты где-то там, наверху. Это – составные части неактивных спутников и фрагменты спутников разрушенных, останки ракет и прочие образцы научно-технического прогресса, которые находятся на земной орбите и которые как-то надо утилизировать.

Классификация мусора в космосе

Собственно, размеры мусора в космосе могут отличаться: продукты профессиональной деятельности космонавтов, которые по той или иной причине остались за бортом, – совсем небольшие. Взгляните на свою любимую чашку, перчатку или гаечный ключ. В космосе тоже такие есть, конечно, их совсем немного. Угрозы такой мусор не представляет и проблемы не создает: при попадании в атмосферу сгорит, почти моментально. До поверхности планеты не долетит.

Переработка мусора в космосе

Фрагменты и обломки уничтоженных спутников – могут быть и крупнее, и намного меньше. Так, после испытаний китайских противоспутниковых ракет, осталось очень много обломков размером больше 1.5 см. Делать панику и смотреть на небо квадратными глазами не стоит: для нас этот мусор не опасен. Единственные неприятности, которые могут причинить такие фрагменты – это навигационные трудности. Но главная проблема космического мусора в другом – даже самые небольшие обломки могут пробить обшивку космического транспорта. А отследить удаётся далеко не всё: учёные могут обнаружить только фрагменты, размер которых превышает 10 см.

Надо ли утилизировать мёртвые спутники?

Переработка мусора в космосе

После прекращения работы спутники часто остаются на орбите. Или не остаются – возвращаются домой, по частям, на огромной скорости. В любом случае, они представляют опасность. И не только те, которые уже вышли из строя: вполне себе рабочий спутник может внезапно сойти с орбиты по причине фатальной неисправности или из-за стечения обстоятельств.

Сколько весят такие кусочки «спутникового» мусора? Много, очень много. Свыше пяти тонн. Это, на секундочку, пять тысяч килограмм. Представляете масштаб? После вхождения в плотные слои атмосферы спутник полностью не сгорит, но сопротивление воздуха может деформировать его, разорвать на несколько кусков. Масса значительно уменьшится, но угроза всё равно есть. Учёные высчитали, что вероятность падения космического мусора на населённый пункт в несколько раз выше, чем шансы того, что на ваш город упадёт метеорит.

Переработка мусора в космосе

Но не стоит паниковать. И бояться тоже. Если учёные обладают устройствами, которые могут отследить перемещения гаечного ключа в тридцати километрах над вашей головой, то что? Правильно, в случае падения крупного обломка всех предупредят. Это случается не очень часто, вычислительная мощность компьютеров позволяет точно рассчитать место приземления обломков, а внимание СМИ точно будет приковано к этому событию.

А есть ли проблема?

Как известно, вывоз бытовых отходов стоит недорого и производится с помощью мусоровозов, а надо ли вывозить с земной орбиты старые, изжившие себя спутники и другой мусор?

Переработка мусора в космосе

Давайте еще раз вспомним, что мелкий космический мусор опасен только для тех, кто с ним сталкивается часто – для космонавтов и для космических кораблей, спутников и прочих рукотворных предметов на орбите. Для нас, землян, опасности он не представляет. Гаечный ключ на голову не упадёт, можете быть спокойны. Мелкий мусор на орбите пока не утилизируют никак, но очень скоро придется это делать, т.к. скоро он превратится в настоящую угрозу для космической навигации.

А вот крупные фрагменты спутников и отработанные ступени ракет – это более серьёзно для жителей нашей планеты. Но ракеты запускают так, чтобы падение ступеней не принесло вреда, а падение любого спутника успеют отследить. И, может быть, даже предупредят тех, кто может оказаться в зоне падения. Соответственно, падающие фрагменты при такой низкой активности космических перелетов в утилизации также пока не нуждаются.

Видео – как росли объемы мусора на околоземной орбите, начиная с 1957 года:

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий