Kosmosa izpētes process, kas praktiski aizsākās 20. gadsimta vidū, parasti tiek pasniegts no pozitīvās puses kā jauns posms zinātnisko un tehnoloģisko zināšanu attīstībā. Taču jau pēc pirmā satelīta palaišanas paralēli sākās pavisam cits negatīvs process, kas saistīts ar Zemei tuvo orbītu aizsērēšanu. Cilvēka radītie atkritumi kosmosā rada daudzus draudus gan kosmosa kuģiem, gan Zemei.
Kosmosa atlūzu avoti
Atkritumi šajā gadījumā attiecas uz cilvēka radītas dabas atvasinājumiem, kas ir ļoti dažādi, bet ir saistīti ar tiešu cilvēka darbību. Piemēram, dabā sastopamie meteoroīdi nerada draudus, atšķirībā no cilvēka radītajiem atkritumiem, kas rada draudus, jo tie ilgstoši atrodas zemajā Zemes orbītā.
Tātad, no kurienes kosmosā nāk bīstamie atkritumi? Lielākā daļa no tā irkas rodas satelītu palaišanas un citu transportlīdzekļu palaišanas orbītā laikā. Šādos procesos obligāti tiek iesaistīti pavadošie apkalpi vai automātiskie kuģi, kas atstāj tehniskos priekšmetus un palīgmateriālus. Bīstamākais šāda veida piesārņojuma avots ir orbītā esošo satelītu un kuģu iznīcināšana, kā rezultātā kosmosā paliek neapsaimniekotas iekārtas un lidmašīnu konstrukcijas daļas. Paši par sevi fragmenti pēc iekārtu avārijām vai plānotās atkritumu izlaišanas procesā nopietnus draudus nerada neskaitāmi. Taču, ilgstoši akumulējoties, veidojas lieli objekti, bieži vien ar augstu radioaktīvo potenciālu, kas apgrūtina to iznīcināšanu.
Bīstamu gružu veidošanās procesos nozīmīga loma ir kosmosa objektu atlūzu "vecuma" degradācijas ietekmei agresīvā vidē. Tos pašus gružu uzkrāšanos negatīvi ietekmē kosmiskie putekļi, radiācija, temperatūras galējības, skābekļa oksidēšanās uc Tādējādi ir jācīnās ne tikai ar fiziskiem elementiem, kas rada sadursmes draudus, bet arī ar nekontrolējamiem un sprādzienbīstamiem materiāliem, kas palielina risku. no katastrofām.
Kosmosa atlūzu uzraudzība
Esošās briesmas, kas saistītas ar kosmosa atlūzu klātbūtni, arī liek pastāvīgi pētīt Zemes orbītas. Īpašas ierīces skenē cilvēka radītos atkritumus pēc vairākām īpašībām, tostarp izmēra, masas, formas, ātruma,trajektorija, sastāvs utt. Atkarībā no attāluma no Zemes tiek izmantots noteikts aprīkojums. Piemēram, LEO sistēmas zemā Zemes orbīta parasti aptver attālumu no 100 līdz 2000 km. Šajā spektrā darbojas radiotehnika, radars, optiskās, optoelektroniskās, lāzera un citas kosmosa atkritumu novērošanas ierīces. Tajā pašā laikā tiek izstrādāti īpaši algoritmi, lai analizētu šajās ierīcēs saņemto informāciju. Lai apvienotu sadrumstalotu datu kopu, tiek izmantoti sarežģīti matemātiski skaitļošanas modeļi, kas sniedz samērā pilnīgu priekšstatu par to, kas notiek noteiktā novērošanas jomā.
Neskatoties uz augsto tehnoloģiju uzraudzības metožu izmantošanu, joprojām ir problēmas izsekot mazām daļiņām, kuru izmērs ir tikai daži milimetri. Šādus fragmentus var izpētīt tikai daļēji ar borta sensoriem, taču ar to nepietiek, lai iegūtu visaptverošu informāciju, piemēram, par objekta ķīmisko sastāvu. Viens no šādu daļiņu uzraudzības virzieniem ir tā sauktais pasīvais mērījums. Savulaik pēc šī principa tika pētītas uz Zemi atgrieztās kosmosa stacijas Mir sastāvdaļas. Šīs tehnoloģijas būtība ir reģistrēt pētāmo daļiņu ietekmi uz aparāta virsmu atklātā telpā. Laboratorijās tika analizēti dažāda veida bojājumi, kas ļāva iegūt papildu informāciju par kosmosa atkritumiem. Mūsdienās kosmonautu komandas strādā pa šo pētījumu ceļu tieši orbītā, pārbaudot darbojošos kosmosa kuģu virsmas.
Atkritumu izplatība zemei tuvajā kosmosā
Kosmosa uzraudzība norāda uz nevienmērīgu dažāda veida gružu sadalījumu orbītās. Lielākās kopas tiek novērotas zemās orbītas reģionā - jo īpaši, salīdzinot ar augstām orbītām, blīvuma atšķirība var būt tūkstoškārtīga. Tajā pašā laikā pastāv saistība starp klasteru blīvumu un daļiņu izmēriem. Vidēja izmēra gruvešu telpiskais blīvums augstās orbītās parasti ir mazāks nekā zemās orbītās mazākā proporcijā, salīdzinot ar rupji graudainiem elementiem.
Kosmosa atkritumu izplatības īpašības ap Zemi ietekmē vairāki faktori, tostarp to izcelsmes pazīmes. Piemēram, maziem fragmentiem, kas veidojas stacijas daļu vai satelītu iznīcināšanas rezultātā, ir nestabili ātruma vektori. Kas attiecas uz lieliem gružiem, tā augstās dinamikas dēļ spēj sasniegt lielus augstumus līdz 20 000 km, kā arī izplatīties ģeostacionārajā gredzenā. 2000 km līmenī ir nevienmērīgs sadalījums ar blīvuma pieauguma punktiem, jo īpaši 1000 un 1500 km. Starp citu, ģeostacionārā orbīta ir visvairāk aizsērējusi, un tās apgabalā ir reģistrēta liela gružu dreifēšanas tendence.
Kosmosa atkritumu attīstības tendences
Kosmosa zinātniekus vairāk satrauc potenciālie, nevis pašreizējie draudigruveši Zemes orbītās. Šobrīd pētījumi liecina par piesārņojuma līmeņa pieaugumu par 4-5% gadā. Turklāt kosmosa kuģu palaišanas loma vēl nav ticami novērtēta attiecībā uz svešķermeņu populācijas pieaugumu dažādās orbītās. Lielus objektus var prognozēt, taču, kā jau minēts, ierobežotā informācija par maziem atkritumiem pat tuvākajā kosmosā neļauj mums ar augstu objektivitātes pakāpi runāt par masu atlūzu īpašībām. Neskatoties uz to, zinātnieki izdara divus nepārprotamus secinājumus par nelieliem atkritumiem:
- Sīko daļiņu apjoms, kas veidojas iznīcināšanas rezultātā, nepārtraukti palielinās, palielinoties sadursmju skaitam. Gan laboratorijas apstākļos, gan teorētiskajos pētījumos tika pierādīts, ka mazi fragmenti veido ievērojamu daļu no elementiem, kas ir atdalīti no iznīcināšanas objektiem.
- Ļoti mazas daļiņas vienādu sadursmes produktu veidā ir jutīgākas pret ārējo spēku negatīvo ietekmi. Degradācijas ietekme, kad gruveši ilgstoši atrodas agresīvos apstākļos, samazina iespējamību, ka tiks sniegts ticams šādu uzkrāšanās nākotnes novērtējums.
Acīmredzot problēmas ar gružu atrašanu kosmosā tikai saasināsies, tādēļ ir jāveic atbilstoši pasākumi. Bet pat tad, ja ar kosmosu saistītie projekti tiek pilnībā pārtraukti, Zemes orbīta turpinās aizsērēt esošo piesārņojuma elementu sadursmes ar dabīgajām daļiņām rezultātā. Pēc inerces šis process turpināsies vēl vismaz 100gadi.
Kosmosa piesārņojuma ietekmes veidi
Visbīstamākās negatīvās sekas, ko rada kosmosa atlūzu ietekme, ir šādas:
- Ekoloģiskais kaitējums Zemei. Pati par sevi tehnogēno gružu klātbūtne Zemes orbītā rada izmaiņas ekoloģiskajā fonā un pārkāpj sākotnējo vides tīrību. Kā norāda astronomi-novērotāji, Zemei tuvās telpas caurredzamības samazināšanas process jau virzās uz priekšu, kas arī izskaidro radioiekārtu darbības traucējumu esamību. Tieši Zemei var atzīmēt bīstamību, ko rada komponentu krišana ar degvielas materiāliem, kas nodrošina reaktīvo dzinēju darbību.
- Atkritumi, kas krīt uz Zemi. Pat bez radioaktīvās ietekmes cilvēka radīto atkritumu nokrišana no tuvā kosmosa var izraisīt katastrofālas sekas. Līdz šim lielāko nosēdušo objektu masa nebija lielāka par 100 tonnām, taču tas neradīja nopietnus draudus planētai. No otras puses, palielinoties Zemes orbītas šķēršļu intensitātei, šis scenārijs kļūs arvien drūmāks.
- Kosmosa sadursmes briesmas. Nenovērtējiet par zemu kosmosa atkritumu radīto kaitējumu aprīkojumam, ko izmanto lidojuma atbalstam. Viena un tā pati lielo un mazo daļiņu ietekme var izraisīt būtiskus traucējumus ierīču darbībā, un lielas avārijas apdraud dārgu, vērienīgu projektu īstenošanas izredzes.
Avāriju bojājumu novērtēšanas sistēmasatkritumi
Pirmkārt, jau iedibināto praksi, analizējot ietekmi uz kosmosa kuģu virsmu, izmanto paši kosmonauti, veicot ārēju pārbaudi. Kā minēts iepriekš, šādu pētījumu rezultātus var tālāk izmantot, lai noteiktu atkritumu īpašības. Tomēr visprecīzāko analītisko informāciju sniedz tikai laboratorijas testi, kuros tiek mākslīgi ietekmēti mērķa materiāli. Iekārtas sadursmes ar atkritumiem kosmosā imitācija tiek realizēta ar īpaši ātrgaitas triecieniem. Tālāk ar datormodelēšanas un digitālās modelēšanas palīdzību iegūtie dati tiek apstrādāti ar bojājuma īpašību analīzi un trieciena uz mērķa objektu mehāniku. Starp galvenajiem rādītājiem ir tādas īpašības kā izturība, funkcionalitātes saglabāšana, atsevišķu komponentu noturība, sadrumstalotības pakāpe utt.
Kosmosa atkritumu apdraudējuma līmeņa noteikšana
Pat orbitālo staciju un kosmosa kompleksu projektēšanas stadijās tiek ņemta vērā sadursmes iespēja ar dažāda veida atkritumiem. Lai aprēķinātu optimālo konstrukcijas uzticamību, tiek izmantoti dati par konkrēto vidi, kurā ierīce tiks izmantota. Tajā pašā laikā joprojām būtiska problēma ir eksperimentālo un analītisko draudu novērtēšanas metožu neprecizitāte. Atkritumus kosmosā var pārbaudīt tikai ar zināmu pieņēmumu pakāpi, tāpēc dizaineriem ir grūti pienācīgi sagatavot transportlīdzekļus liela ātruma sadursmēm. PriekšAptuvenam draudu novērtējumam tiek izmantots jēdziens vispārējās kosmosa atlūzu plūsmas, kuras potenciāli var sastapt kosmosa kuģa ceļā. Tiek parādīti papildu dati par plūsmas blīvumu, ātrumu, trieciena leņķiem un paredzamo triecienu skaitu.
Veidi, kā samazināt kosmosā esošo gružu radītos draudus
Salīdzinoši zemais kosmosa atkritumu monitoringa un raksturošanas līmenis ar to prognozēšanu ir tikai daļa no problēmas. Pašreizējā posmā speciālisti saskaras ar vairākiem jautājumiem, kas saistīti ar cilvēka radīto atkritumu negatīvās ietekmes risku samazināšanu kosmosā. Šodien šīs problēmas risināšanai tiek apsvērti divi virzieni. Pirmkārt, tas ir vispārējs lidojumu samazinājums, kā arī tehnoloģisko procesu minimizēšana, kas izraisa orbītu aizsērēšanu dažādos līmeņos. Otrkārt, mēs varam runāt par transportlīdzekļu strukturālo optimizāciju, samazinot to detaļu skaitu, kas potenciāli varētu kļūt par kosmosa atkritumiem. Īpaša uzmanība kosmosa kontroles sistēmās mūsdienās tiek veltīta piesārņojumam ar radioaktīvām vielām. Tas attiecas uz dzinēja izplūdes produktu samazināšanu līdz pārejai uz principiāli jauniem degvielas resursiem.
Perspektīvas cīņai pret gruvešiem tuvākajā kosmosā
Aktīvs darbs pie kosmosa aktivitāšu regulēšanas globālā līmenī dod pamatu optimismam, vērtējot situācijas attīstību nākotnē. Uzmanīga attieksme pret orbitālās vides tīrību ir iekļauta lielāko valstu stratēģisko programmu koncepcijās, kas veicinalielākais ieguldījums cīņā pret atkritumiem kosmosā. Mazo un lielo daļiņu attīrīšana un aizvākšana uz daudzstūru orbītām ir viena no galvenajām jomām kosmosa attīrīšanā no cilvēka radītā piesārņojuma, taču pagaidām nav efektīvu metožu šīs koncepcijas īstenošanai. Tas ir tehnoloģiski sarežģīts uzdevums, tāpēc šobrīd galvenais uzsvars joprojām tiek likts uz veidiem, kā optimizēt cilvēka darbību kosmosā.
Secinājums
Viens no radikāliem veidiem, kā atrisināt problēmas ar kosmosa atkritumiem, ir pilnībā pārtraukt orbitālo staciju un satelītu palaišanu, līdz parādīsies jauni un lētāki līdzekļi Zemei tuvās vides tīrīšanai. Taču šis virziens ir arī utopisks vairāku ekonomisku un tehnoloģisku iemeslu dēļ. Tomēr ir priekšnoteikumi, lai situāciju mainītu uz labo pusi. Pat ja atskatās vairākus gadu desmitus, var pamanīt fundamentālas izmaiņas paša cilvēka attieksmē pret šo problēmu. Tātad, ja kosmosa stacijas Mir darbības laikā ierastā prakse bija apkalpes atkritumu produktu tieša izlaišana, tad šodien to nav iespējams iedomāties. Arvien stingrāki noteikumi tiek ieviesti, lai regulētu atrašanās kosmosā procesus. Par to liecina arī starptautiskās konvencijas, saskaņā ar kurām valstīm, kas piedalās kosmosa aktivitātēs, ir pienākums ievērot negatīvās ietekmes uz ekoloģisko situāciju samazināšanas principus Zemei tuvajā vidē.
