|
Риски, связанные с космическим мусором
|
|
|
|
Прилунное пространство стало объектом значительного интереса и стратегического планирования в связи с многочисленными запланированными миссиями по отправке экипажей на Луну в течение следующего десятилетия. К ним относятся программа НАСА «Артемида», Международная лунная исследовательская станция (ILRS) Китая и России, программа Европейского космического агентства «Аргонавт» и другие. Долгосрочные цели этих программ включают создание инфраструктуры между Землей и Луной, которая будет способствовать дальнейшим исследованиям и даже развитию.
|
|
|
|
В результате крайне важно исследовать орбиты космического мусора, чтобы определить, представляет ли какой-либо из них риск столкновения. В недавней статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, группа исследователей из Китайской академии наук (CAS) изучила рассеивание облаков мусора от объектов на дальних ретроградных орбитах (DRO) после столкновения. Их выводы позволяют понять эволюцию мусора в системе Земля-Луна, что может привести к разработке рекомендаций по безопасности и стратегий смягчения рисков для будущих миссий на Луну.
|
|
|
|
В последние годы резко возросло число международных миссий на Луну, что отражает растущее присутствие национальных и коммерческих организаций в космосе. К ним относятся китайский орбитальный аппарат «Лунцзян-2» и более поздние миссии в рамках программы «Чанъэ». Также существуют орбитальные аппараты «Чандраян-2» и «Чанъян-3» Индийской организации космических исследований (ISRO), южнокорейский орбитальный аппарат «Данури», израильский посадочный модуль «Берешит» и японская миссия «Хакуто-Р 1».
|
|
|
|
|
|
|
В дополнение к успешному беспилотному испытательному полету «Артемиды-1» и пилотируемому полету вокруг Луны в рамках миссии «Артемида-2», миссия НАСА «CAPSTONE» (запущенная в июне 2022 года) стала первым космическим аппаратом, успешно выведенным на почти прямолинейную гало-орбиту вокруг Луны. К 2030 году НАСА и Китай планируют отправить астронавтов и тайконавтов на лунную поверхность, за которыми последуют последующие миссии и создание постоянных объектов.
|
|
|
|
Для Китая это будет включать в себя систему ILRS, которая будет состоять из наземных элементов и, возможно, орбитального элемента. Хотя НАСА планировало с 2012 года вывести лунную станцию Gateway на гало-орбиту, с тех пор оно переключилось на создание наземной инфраструктуры и постоянной лунной базы. Объем трафика, необходимого для этого, с использованием посадочных модулей и лунных взлетно-посадочных аппаратов (LAV) для доставки полезных нагрузок и экипажа на поверхность и обратно, будет значительным.
|
|
|
|
Наличие космического мусора в окололунном пространстве и на орбите вокруг Луны будет представлять значительный риск столкновений для миссий, совершающих полеты на Луну и обратно. Помимо влияния на оперативные миссии, столкновения между объектами космического мусора приведут к их разрушению, создавая каскадный эффект, при котором большее количество мусора увеличивает вероятность столкновений. Это похоже на опасения по поводу космического мусора и эффекта Кесслера на низкой околоземной орбите (НОО), которые представляют угрозу для спутниковых группировок, космических аппаратов и космических станций.
|
|
|
|
Моделирование облаков обломков в орбитах Луны
|
|
|
|
Чтобы оценить риск столкновений, команда исследовала рассеивание облаков обломков после потенциальных событий разрушения. Это заключалось в применении модели круговой ограниченной задачи трех тел (CR3BP) для построения эталонных орбит. Одновременно с этим, стандартная модель разрушения НАСА была применена для моделирования фрагментации обломков в нескольких точках вдоль трех орбит Луны. Заключительный этап, включавший моделирование распространения обломков в течение 30 дней, был выполнен с использованием модели бикруговой ограниченной задачи четырех тел (BCR4BP).
|
|
|
|
Затем команда исследовала потенциальное воздействие распространения обломков на лунную поверхность и объекты на орбите. Их моделирование показало, что кумулятивный процент фрагментов останется низким (ниже 3,5%) в течение 30-дневного периода распространения. Они также обнаружили, что разрушения, происходящие вблизи обратной стороны Луны, в некоторых из их орбитальных моделирований приводят к более высокому первоначальному риску столкновения. Для оценки риска столкновений на орбите команда определила «защищенную зону» вокруг Луны — область в форме пончика диаметром 200 км (~125 миль), которая проходит по всей траектории космического полета.
|
|
|
|
Полученные результаты показали, что обломки попадают в зону защиты со средней скоростью около 3%, как правило, достигая пика менее чем через сутки после разрыва орбиты. Однако они также показали, что некоторые обломки остаются в этой зоне и на их удаление могут уйти недели. За 30-дневный период общее количество обломков в зоне значительно варьировалось в зависимости от моделируемой орбиты, от 10 или менее до более чем 100. В целом, потенциальные столкновения, как правило, характеризовались высокоскоростными пролётами, а не постоянными угрозами на орбите.
|
|
|
|
Как отметила группа исследователей в своих выводах, лунные миссии должны проходить всестороннюю оценку рисков для соблюдения требований по защите планет и охране окружающей среды. В ближайшем будущем это, вероятно, будет включать соглашения о предотвращении загрязнения окололунного пространства отработанными ступенями ракет, вышедшими из строя спутниками и другими элементами миссии, которые неизбежно становятся обломками. Это, вероятно, дополнит существующие и будущие протоколы по уменьшению количества обломков на низкой окололунной орбите, распространив их до самой Луны.
|
|
|
|
Если человечество намерено распространить свое присутствие на Луне, то за этим последуют надлежащее бережное отношение к окружающей среде и ее защита.
|
|
|
|
Источник
|
