|
Космомусор угрожает озоновому слою и безопасности
|
|
|
|
Каждый год мы выбрасываем в космос несколько тысяч спутников и других объектов. Когда спутники умирают, они становятся космическим мусором, который угрожает аэрокосмической безопасности. В космическом пространстве существует проблема мусора. "И проблема будет становиться все больше и больше", - говорит Раннвейг Фергестад.
|
|
|
|
Фергестад изучает аэрокосмические технологии на факультете строительной инженерии NTNU. В своей докторской диссертации она разработала компьютерные модели, которые показывают, что происходит, когда куски космического мусора сталкиваются с космическими аппаратами. При средней скорости в 7 километров в секунду даже крошечный обломок может нанести серьезный ущерб.
|
|
Обломки ракет и спутников
|
|
|
|
Космический мусор состоит из остатков ракет, топлива и целых или отдельных частей вышедших из строя спутников. Большая часть этого мусора перемещается по низким околоземным орбитам высотой менее 2000 километров или находится на пути к погружению в атмосферу. Эти обломки сгорают в слое воздуха, окружающем планету, потому что сопротивление воздуха создает сильное трение.
|
|
|
|
Все космические аппараты, на борту которых находятся люди, покрыты различными типами защитных экранов. Фергестад проводит исследования в области таких экранов, чтобы сделать их максимально безопасными.
|
|
|
|
|
|
|
Одним из ее руководителей является бывший астронавт Кевин Энтони Форд из НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). Он совершил три космических полета и был командиром Международной космической станции (МКС). В настоящее время он является частью команды консультантов, которые постоянно оценивают ситуацию с безопасностью на МКС.
|
|
|
|
"Сейчас команда говорит, что космический мусор представляет наибольший риск", - сказал Фергестад.
|
|
Десятикратное увеличение
|
|
|
|
С момента запуска российского спутника "Спутник-1" 4 октября 1957 года в космос было запущено более 20 000 объектов. Это составляет 50 тысяч тонн. Часть обломков вернулась на Землю, но, по данным Европейского космического агентства (ЕКА), 10 000 тонн все еще находятся на орбите.
|
|
|
|
Летом 2025 года на орбите Земли находилось более 14 000 активных или заброшенных спутников. В среднем раз в неделю где-нибудь на Земле происходит крушение неконтролируемого объекта.
|
|
|
|
По данным Управления Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства, в 2024 году было запущено почти 2900 спутников, космических зондов и других объектов. Это более чем в десять раз больше, чем десять лет назад.
|
|
|
|
Если мы продолжим запускать в космос такое же количество оборудования, риск столкновений будет только возрастать. Риск может стать настолько велик, что разработка защитных экранов, достаточно прочных, чтобы противостоять таким мощным ударам, будет сложной и дорогостоящей задачей. Исследователи предупреждают о столкновениях, которые могут вызвать серьезные проблемы, сея хаос во многих системах, таких как связь и навигация, телевизионные сигналы, банковские услуги, а также прогнозы климата и погоды.
|
|
|
|
В худшем случае столкновения могут привести к разрушению целых орбит.
|
|
|
|
"В худшем случае может просто стать трудно использовать эти орбиты для чего-либо практического", - пояснил Фергестад.
|
|
|
|
"Модели столкновений, разработанные ЕКА, показывают, что даже если все запуски будут внезапно прекращены в этом году, число столкновений будет продолжать увеличиваться в течение следующих 200 лет. У многих компаний уже есть большие команды инженеров, которые работают над обеспечением безопасности спутников и предотвращением их столкновений", - сказал Фергестад.
|
|
|
|
Перемещение МКС
|
|
|
|
На МКС и китайской космической станции "Тяньгун" всегда есть люди. Если существует риск столкновения станций, их можно слегка передвинуть, чтобы избежать столкновения. На самом деле астронавты МКС выполняют подобные маневры не реже одного раза в год.
|
|
|
|
"Самый катастрофический сценарий - это если что-то попадет в часть космической станции, где находятся люди. Если образуется дыра, на станции упадет давление, и астронавты погибнут мгновенно", - сказал Фергестад.
|
|
|
|
Особенно опасны осколки размером в сантиметр. Пока что они не попали в те части космической станции, где находятся астронавты, но они пробили хорошо заметную дыру в манипуляторе робота на МКС.
|
|
Слон в комнате
|
|
|
|
Можно сказать, что Илон Маск - главный специалист в области космоса. Он является самым богатым человеком в мире и контролирует спутниковую сеть Starlink. Цель Starlink - обеспечить доступ в Интернет на всей планете. Украина, например, полностью зависит от Starlink в области военной связи и использования беспилотных летательных аппаратов в войне против России.
|
|
|
|
Только Starlink запустила почти 8000 спутников с 2018 года, и им был дан зеленый свет на запуск в общей сложности 40 000. Аналогичные планы есть и у других спутниковых мега-группировок, то есть крупных частных сетей. 28 апреля 2024 года Amazon запустила первые 27 из более чем 3000 запланированных спутников Kuiper. Сети связи, такие как OneWeb, Telesat и китайская StarNet, уже ждут своей очереди.
|
|
|
|
Это означает, что количество спутников стремительно растет.
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Nature в 2021 году, исследователи из Университета Британской Колумбии в Канаде предупредили, что запуски ракет и мега-созвездия могут нанести вред озоновому слою, который защищает нас от ультрафиолетового излучения. С тех пор ряд исследовательских групп развили это открытие.
|
|
|
|
Обычный спутник весит около 250 килограммов. Рано или поздно они перестают работать, как ваш телевизор или стиральная машина. Затем они возвращаются в атмосферу, сгорают и выделяют около 30 килограммов алюминиевой пыли, которая может нанести вред озоновому слою.
|
|
|
|
Эксперты предупреждают, что такого рода сброс может привести к крупномасштабным неконтролируемым изменениям в естественном химическом составе атмосферы.
|
|
Каждый день гибнет множество спутников.
|
|
|
|
Срок службы многих из первых спутников Starlink уже истек. Только в январе 2025 года 120 из них потеряли достаточную высоту, чтобы войти в атмосферу и сгореть. Это полностью соответствует плану, и спутниковые трекеры Гарвардского центра астрофизики утверждают, что каждый божий день сгорает от 4 до 5 заброшенных спутников Starlink.
|
|
|
|
Сценарии, разработанные американскими исследователями, предполагают, что эти спутниковые мега-группировки могут в совокупности ежегодно выбрасывать в атмосферу 360 тонн соединений оксида алюминия, когда их спутники будут выведены из эксплуатации и погибнут. Частицы падают медленно, поэтому может пройти 30 лет, прежде чем они достигнут озонового слоя, и мы увидим последствия.
|
|
|
|
"Это действительно вызывает беспокойство", - сказал Фергестад.
|
|
|
|
Помимо предоставления услуг связи и навигации, спутники широко используются для мониторинга окружающей среды и климата. Они отслеживают уровень моря, цветение водорослей, таяние ледников, оползни, наводнения, чрезмерный вылов рыбы и изменение климата.
|
|
|
|
Агентства работают над решением проблемы, связанной с алюминиевой пылью, образующейся на выходящих из строя спутниках, в том числе с помощью подхода ЕКА "Ноль мусора". Любая компания, запускающая объекты в космос, теперь должна иметь план того, что она собирается с ними делать, когда оборудование перестанет функционировать.
|
|
|
|
Для спутников, находящихся на низкой околоземной орбите, инженеры могут использовать последнюю энергию, оставшуюся в спутниках, чтобы замедлить их работу. В результате они теряют высоту и сгорают, когда достигают атмосферы Земли.
|
|
|
|
Спутники, находящиеся на самых высоких орбитах, могут быть переведены на специальные орбиты захоронения. Они расположены так далеко друг от друга, что нет риска столкновения.
|
|
|
|
Для более крупных объектов, таких как капсулы или космические аппараты, аэрокосмическая промышленность выбрала самое отдаленное место на планете Земля: "Точку Немо", или "Океанический полюс недоступности", в Тихом океане, который находится более чем в 2600 километрах от ближайшей суши. Там, на глубине 3000 метров, находится крупнейшее в мире кладбище космических аппаратов.
|
|
Каждый грамм чего-то стоит
|
|
|
|
Осенью 2025 года Фергестад защитит докторскую диссертацию в NTNU. Она говорит, что растет осведомленность о безопасности беспилотных космических полетов. Спутники и космические зонды теперь также будут защищены щитами.
|
|
|
|
Каждый грамм оборудования, запускаемого в открытый космос, стоит денег, поэтому все усилия направлены на снижение веса. Исследования Фергестада помогают сделать защитные экраны максимально легкими и безопасными. Только на МКС существуют сотни типов и комбинаций защитных экранов. Разные детали изготовлены из разных материалов и по-разному реагируют на удары. Поэтому они также требуют разной защиты.
|
|
Слой за слоем, слой за слоем
|
|
|
|
Защитные экраны имеют толщину 10-15 сантиметров и состоят из нескольких панелей, изготовленных из таких материалов, как кевлар, углеродное волокно, стекловолокно и пенопласт. Снаружи они обычно алюминиевые, между каждой панелью имеется воздушная полость. Если кусок космического мусора, пролетая сквозь пространство, попадает в защитный экран, воздушная полость между панелями частично поглощает удар.
|
|
|
|
"Что именно происходит, когда что-то ударяется о защитный экран, зависит от скорости, температуры и материала, из которого оно изготовлено", - сказала она.
|
|
|
|
Если скорость движения обломков превышает 3 километра в секунду, они распадаются на более мелкие кусочки. При скорости 7 километров в секунду и более все превращается в облако расплавленных капель. Воздушные полости гасят воздействие осколков в облаке обломков, распространяя энергию на большую площадь в последующих слоях.
|
|
|
|
Физика этих столкновений чрезвычайно сложна и ее трудно описать с помощью компьютерных моделей.
|
|
|
|
"Мы говорим о физике ударных волн", - сказал Фергестад.
|
|
|
|
Это предполагает понимание того, как материалы ведут себя при самых экстремальных нагрузках, которые только существуют, таких как взрывы, столкновения с метеоритами и сверхскоростные столкновения в космосе.
|
|
Испытания проводились в Италии и Соединенных Штатах
|
|
|
|
Чтобы создать компьютерные модели, которые могут максимально точно имитировать происходящее, исследователи также проводят физические тесты. Тесты необходимы для проверки того, насколько точно компьютерные модели воспроизводят то, что происходит в реальности.
|
|
|
|
Компания Fargestad провела испытания панелей в лабораториях сверхскоростных полетов НАСА в Нью-Мексико и Университете Падуи в Италии. На этих установках установлены газовые пушки, способные выстреливать снаряды со скоростью до 7 и 5,5 километров в секунду соответственно. Все тесты были сняты с помощью высокоскоростных камер, которые снимают до миллиона кадров в секунду.
|
|
|
|
Она очень довольна результатами; поведение, наблюдаемое в лабораторных тестах, похоже, очень хорошо согласуется с ее компьютерным моделированием.
|
|
|
|
30-летняя женщина выбрала очень специализированную область исследований, в которой она является одним из немногих исследователей в Норвегии. Прогресс идет медленно, шаг за шагом.
|
|
|
|
"Вероятно, это не та работа, которая заставляет вас думать: "Ого, за это я получу Нобелевскую премию", - сказал Фергестад.
|
|
|
|
"Но то, что мы знаем и как мы это понимаем, становится все лучше. Инструменты становятся все лучше. Компьютеры становятся все более производительными. Мы стараемся сделать набор инструментов для всех, кто работает в аэрокосмической отрасли, больше, качественнее и надежнее, насколько это возможно", - сказала она.
|
|
|
|
Повышение безопасности оборудования также означает, что оно прослужит дольше, прежде чем перестанет работать и превратится в опасный космический мусор.
|
|
|
|
Источник
|
