Вадим Романов - Мусор преграждает путь в космос
В XXI веке уже наблюдались пролёты нескольких астероидов между Землёй и Луной.
Важность наблюдения и контроля за астероидами любых типов состоит в непредсказуемости точных траекторий их движения в солнечной системе из-за гравитационных влияний планет и достаточно крупных объектов. Неопасные или потенциально опасные астероиды сегодня могут стать угрожающими завтра.
Наконец, орбиту Земли ежегодно пересекают экскретные космические тела в виде метеоритов разного размера. Они представляют собой несколько десятков метеорных потоков, состоящих из тел разного размера:
— диаметром менее 0,1 см — пылевой составляющей потока;
— от 0,1 см до 10 м — метеороидов.
В настоящее время известно около 20 главных метеорных потоков с часовыми числами 20-140 метеоров в час [29]. Кроме них выделяют до 6 тысяч малых метеорных потоков или ассоциаций. Воздействие метеорного потока экскретов на ОКП, атмосферу и, в конечном итоге, на Землю определяется его шириной, скоростью метеоров относительно Земли и числом крупных объектов в потоке. В своем большинстве массы метеороидов заключаются в пределах 10 — НО г. Размеры метеороидов при этом варьируются в пределах от 10"5 см до ~10 км.
Межпланетные объекты, размер которых не превышает нескольких сотен метров, принято называть метеорными телами, или метеороидами. Влетая с космической скоростью в атмосферу планеты, они из-за столкновения с молекулами газа сильно нагреваются, дробятся, плавятся, испаряются и оставляют за собой в полёте светящийся секунду-другую след. Это атмосферное явление называют метеором.
Если яркость метеора превосходит -4т (т. е. яркость Венеры), то его называют болидом. Наиболее яркие болиды видны даже днем; их полет иногда сопровождается яркими вспышками, дымным следом, а порой и мощными звуками. При яркости более 6 т на поверхность Земли обычно выпадает твёрдый остаток — метеорит. Наиболее вероятными кандидатами на выпадение метеорита являются медленные болиды, не демонстрирующие в конце траектории резкой вспышки, означающей разрушение.
Болид появляется на высотах 100–120 км над поверхностью Земли. На высоте 5-20 км метеорное тело полностью затормаживается, болид исчезает, а остаток не успевшего полностью испариться метеорного тела выпадает на поверхность Земли в виде метеорита. Метеороиды представляют заметную опасность для ИСЗ и пилотируемых КА.
Замечено, что когда крупные метеороиды испытывают большое давление на лобовую часть и, когда оно превышает пределы прочности материала метеороида, разваливаются на части. В результате образуется рой быстро тормозящихся фрагментов, которые в более плотных слоях атмосферы дробятся далее и выпадают на Землю в виде метеоритов.
Абляция вещества с поверхностей мелких осколков ведёт к образованию метеорной комы, которая, испаряясь за доли секунды, образует взрыв, часто наблюдающийся в конце следа крупных болидов в виде вспышки.
Как было показано выше, естественная составляющая космического мусора представляет собой смесь частиц метеороидного, кометного и астероидного происхождения. Кроме этого некоторая его часть — пыль, образованная в системах планет-гигантов, а также межзвездная пыль [29], которую в некоторых литературных источниках причисляют к метеороидам.
Космическая пыль, очевидно, является самым массовым космическим экскретом в околоземном пространстве. Максимум распределения частиц космической пыли в ОКП по размерам близок к 200 мкм. Можно добавить, что солнечный ветер в значительной степени определяет концентрацию частиц космической пыли в ОКП, действуя как своеобразный чистильщик ближнего Космоса.
В мезопаузе (80–85 км) образуются серебристые облака, где пылевые частицы, по одной из гипотез, являются центрами конденсации капель воды и кристаллов льда. Так, метеор с начальной скоростью 40 км/с создает на высоте 95 км след с начальным радиусом 1 м. Такой ионизированный хвост образуется вдоль всей траектории и постепенно расширяется. Чаще всего он невидим, но для ярких метеоров и болидов наблюдается визуально и является источником радиоволн слабой интенсивности.
Важно отметить также наличие пылевых облаков естественного мусора, расположенных в точках либрации L4 и L5 системы Земля-Луна на расстоянии лунной орбиты — так называемые «облака Кордылевского» [15], имеющие размеры порядка земного шара, но весьма низкую плотность — около 210" г на1 км.
Общая масса этих облаков пыли оценивается в 104 тонн. Образование и плотность облаков Кордылевского весьма заметно зависят от солнечной активности и связанной с ней интенсивностью солнечного ветра.
Кометы также можно считать экскретом космического мусора. Они являются, как считается [29], основными поставщиками пыли в Солнечной системе в районе земной орбиты. Подавляющее большинство комет состоит из твёрдого ядра, окруженного газопылевой оболочкой — комой. Траектории полёта этих небесных тел имеют непредсказуемый характер. С приближением кометы к Солнцу под действием солнечного ветра и светового давления у неё образуется хвост, направленный, чаще всего, в сторону противоположную Солнцу. Длина хвостов в среднем составляет до 10 млн. км, в особых случаях — до 150 млн. км. Ядро вещества кометы по современным представлениям состоит из смеси водяного льда с вмороженными в него легколетучими веществами и, возможно, крупными камнями.
Размер ядер короткопериодических комет составляет 0,6-42,5 км, долгопериодических — от 1 до 33 км. Рекорд принадлежит комете Хейла-Боппа, наблюдаемой в 1995-97 гг. Диаметр её ядра по разным оценкам составлял от 45 до 100 км [44]. Всего по данным каталога Б. Марсдена в период с 1059 г. до н. э. по 1995 г. зафиксировано появление 2335 комет.
Кометы, принадлежащие разным группам, представляют разную опасность с точки зрения столкновения с Землей. Для того, чтобы столкновение с Землей было возможно, комета должна иметь перигелийное расстояние, меньшее 1 а.е. Анализ показывает, что этим как раз и отличаются долгопериодические кометы.
Сейчас известно 13 комет и 15 остатков комет семейства Юпитера с перигелийными расстояниями, меньшими 1 а.е. По некоторым оценкам, общее их количество с размерами головы более 1 км может составлять около 800. Следует отметить, что вблизи Земли пролетают мини-кометы, — рыхлые ледяные тела, покрытые слоем пыли, размерами порядка 10 м, массой около 100 т. При попадании в атмосферу Земли с частотой около 10 в год они взрываются. Энергия взрыва оценивается от нескольких до сотен килотонн.
В заключение отметим, что наибольшую опасность для летательных объектов ОКП и биосферы Земли, на наш взгляд, представляют космические экскреты в виде неопознанных крупных «камней», носящихся в межпланетном пространстве. Эти объекты могут иногда тормозиться земной атмосферой или Луной и превращаться во временные спутники нашей планеты или даже столкнуться с ней. Проблема таких неидентифицированных объектов в ближнем Космосе всё же существует и время от времени напоминает о себе. Например, по данным открытой печати, служба контроля космического пространства России даже при отсутствии пусков ракет обнаруживает один-два неопознанных объекта в сутки.
6. Орбитальные отбросы в ОКП
Общепризнанно, что количество выработавших ресурс спутников, различных ступеней ракет и фрагментов, сопровождающих каждый запуск, достигло предела, за которым оно начинает создавать серьёзную угрозу не только для пилотируемых орбитальных станций и функционирующих космических аппаратов (КА), но и экологии Земли и околоземного космического пространства. Однако, не только орбитальные техногенные объекты, но и сами экипажи пилотируемых летательных аппаратов и пилотируемых орбитальных станций вносят заметную лепту в процесс замусоривания, а точнее сказать загаживания ОКП.
Известно, что каждый человек в процессе жизнедеятельности «производит» несколько килограммов жидких, полужидких и газообразных отбросов. В сутки здоровый человек выделяет в среднем 1,5 литра жидких и около 250 граммов твёрдых отходов. Сюда же следует добавить пищевые отбросы и санитарно-гигиенические. Космонавты не составляют исключения, и хотя частично отбросы их жизнедеятельности удаётся регенерировать, всё же некоторая их доля — довольно заметная — остаётся не использованной и нуждается в удалении.
Отбросы орбитальной ракетно-космической деятельности (Орбитальные отбросы) могут быть определены как продукты жизнедеятельности космонавтов в околоземном космическом пространстве (ОКП). Этот деликатный мусорный орбитальный экскрет не может длительное время находиться на борту ограниченного в жизненном пространстве летательного аппарата, должен периодически изолироваться от его атмосферы и удаляться наружу.
Для уменьшения отбросов космонавтов кормят научно разработанной «пищей из тюбиков» — рафинированной и сбалансированной по энергетическому и витаминному составу калорийной пищей и используют специальные туалеты. Проблема бани также решается применительно к стеснённым условиям космического аппарата, и вместо ванной и душа приходится обходиться влажными обтираниями.
