Вадим Романов - Мусор преграждает путь в космос
Микрочастицы, образуемые в ОКП в результате взрывов, выбросов двигателей ракет-носителей, распространяются в виде некоторого относительно быстро рассеивающегося облака. На высотах 200–500 км облака таких частиц с размерами от долей микрона до сотен микронов находятся на орбите от нескольких часов до нескольких суток. Эволюция микрочастиц во многом носит статистический характер, учитывая их более высшую числовую плотность и, соответственно, более высокие вероятности взаимных столкновений. Уход их с орбиты и рассеивание в пространстве вызывается значительным атмосферным торможением.
В конечном итоге микрочастицы также попадают в плотные слои атмосферы и тормозятся. Часть из них пополняет пылевую фракцию на высотах мезосферы, другие опускаются в более низкие слои.
Следует иметь в виду, что в околоземном пространстве присутствуют не только антропогенные объекты, но и природные. Тела природного происхождения — кометы, астероиды, метеорные потоки, межпланетная пыль, потоки заряженных частиц солнечного и галактического происхождения — составляют постоянный естественный фон околоземного пространства.
Что касается техногенной составляющей экскретов в ОКП, то она представлена мусорными, отходными и отбросными объектами, концентрации которых существенно различны для разных областей и слоёв ОКП. Пространственные распределения экскретных мусорных объектов по наклонениям плоскостей их орбит к плоскости экватора Земли, а также их распределение по географической широте для фрагментов тел с диаметром > 10 см представлены на графиках рис. 2.2. и рис. 2.3.
Рис. 2.2. Пространственное распределение орбитальных мусорных экскретов
Рис. 2.3. Распределение орбитальных мусорных экскретов по высотам и наклонениям орбит
Из этих графиков видно, что относительно крупные мусорные экскреты сосредоточены в области ОКП на высотах от 200 км до 1000 км с наклонениями плоскостей орбит к плоскости экватора Земли от 60 до 90 градусов и с географическими широтами от 50 до 86 градусов.
В общем случае в понятие «Орбитально-космические мусорные экскреты» включены следующие объекты (смотри приведённую ниже Схему):
— Орбитальный техногенный мусор;
— Орбитальный космический мусор;
— Орбитальные отбросы;
— Орбитальные отходы,
— Газообразные выбросы.
Из этой схемы видно, что экскреты, появляющиеся в ОКП, связаны как с техногенными вмешательствами, так и с природными — из космического пространства.
Схема состава орбитально-космических мусорных экскретов
Дадим краткое определение этих экскретов.
Орбитально-космический мусор — объекты внеземного происхождения, появляющиеся в околоземном пространстве Земли под действием гравитации планеты, захламляющие ОКП, нарушающие работу ракетно-космической техники и жизнь биогеоценозов.
Орбитальные потенциально-сырьевые отходы — потерявшие работоспособность летательные аппараты ракетно-космической техники и их фрагменты, которые могут быть использованы в качестве сырья.
Орбитальные отбросы — продукты жизнедеятельности космонавтов в околоземном космическом пространстве.
Газообразные выбросы — газообразное «облако» продуктов, выделившихся из конструкции ЛА, возникших при выхлопе двигателей, а также просочившихся из отсеков КА. Несмотря на то, что плотность газообразной «оболочки» спутников в сотни раз превосходит плотность окружающей среды в ОКП, эти экскреты практически не влияют на орбитальное движение летательных аппаратов и поэтому они не рассматриваются в нашей книге.
Орбитальный техногенный мусор — не имеющие ценности обломки летательных аппаратов ракетно-космической техники, а также вспомогательных приборов или механизмов, их разрушенные детали и фрагменты, находящиеся в ОКП на орбитах захоронения и на входе в плотные слои атмосферы (ниже «200 км). К орбитальному техногенному мусору причисляют обломки, фрагменты и частицы объектов техногенного происхождения, которые возникают при взрывных и столкновительных авариях в ОКП. Такой орбитальный мусор может появиться в любом месте ОКП и приземной атмосферы.
Подробно поведение космических мусорных экскретов в околоземном космическом пространстве и в атмосфере планеты обсуждается в следующих пунктах этого раздела книги.
З.Орбитальные отходы
Отходы орбитальной ракетно-космической деятельности (Орбитальные отходы) как экскреты — это потерявшие работоспособность летательные аппараты ракетно-космической техники и их фрагменты, которые могут быть повторно использованы в качестве сырья. На современном уровне развития ракетно-космической техники демонтаж и повторное использование летательных аппаратов с выработанным ресурсом или повреждённых на орбите является проблематичным. Однако это не значит, что такая деятельность не будет реализована в обозримом будущем.
Летательными аппаратами ракетно-космической техники (РКТ) по определению являются средства выведения и пилотирования такой техники:
— ракеты-носители (PH);
— разгонные блоки (РБ);
— космические аппараты (КА);
— орбитальные станции.
Важно отметить, что перечисленные выше экскретные объекты должны находиться в ОКП в процессе выведения или в установившемся полёте. Отходы РКТ, возникающие при других ситуациях или в других местах, не могут рассматриваться орбитальными.
В процессе своего существования орбитальные отходы могут трансформироваться в другие экскреты, продолжая находиться в ОКП или переходя в другие природные среды планеты (приобретать статус мусора, утрат, потерь или находок).
Приведём другое определение отходов орбитальной ракетно-космической деятельности. Орбитальные отходы — это объекты в области активной ракетно-космической деятельности (200 км < Н < HGEO), потерявшие работоспособность, но имеющие ценные узлы, агрегаты или металлоконструкции, которые могут быть использованы или утилизированы. Эти объекты, как правило, представляют опасность действующим летательным аппаратам. Их в просторечии ошибочно называют «космическим мусором», хотя они к Космосу не имеют ни какого отношения, а мусором могут стать только будучи перемещёнными в нижний атмосферный слой или на свалку орбитального мусора (за орбиту HGeo +200 км).
Красиво, не правда ли? Десятки тысяч объектов: действующих спутников, их разрушенных фрагментов, деталей ракет и обломков измерительной техники, не считая метеозондов, кружатся на орбитах Земли. Такое феерическое зрелище проявилось бы, если на каждый орбитальный объект поставить фонарик.
Конечно же демонтаж и повторное использование таких объектов в настоящее время ещё не практикуется, а находится в стадии исследования и опытных разработок. Вывоз и утилизация космических отходов — весьма дорогостоящая и трудоёмкая операция, тем не менее уже сегодня этот бизнес может быть рентабельным. Об этом говорит интерес разработчиков космической техники к использованию орбитальных отходов.
Агентство по перспективным оборонным исследованиям Пентагона (DARPA) запустило программу «Феникс» (Phoenix), призванную превратить более сотни списанных спутников связи, «болтающихся» на геостационарных орбитах, в источник дорогих и уникальных частей для космической техники [16]. Авторы этого проекта предлагают некоторые узлы давно выключенных спутников использовать в новых изделиях. Разделка и утилизация отработавших аппаратов прямо в околоземном пространстве могла бы сэкономить миллионные затраты.
Высокая цена спутников связи обусловлена как стоимостью деталей, так и большими затратами на запуск аппаратов в ОКП. Между тем в списанных, выработавших ресурс сателлитах находится немало узлов, которые могли бы ещё поработать. Ныне на орбитах в виде «мёртвого» хлама крутятся в виде отходов сотни миллионов долларов. Нерационально оставлять такое богатство без дела и заново производить те же самые узлы на Земле, а потом ещё тратиться на их подъём в ОКП и в Космос.
Один из важнейших таких узлов — антенна. Она не только дорога в изготовлении, но и объёмна и немало весит, что влияет на размеры и массу ракеты-носителя и спутника, а следовательно, и на стоимость его запуска. Именно антенны призван утилизировать проект «Феникс» в первую очередь. Сердцем комплекса должен стать автоматический аппарат, условно названный tender (плавучая база). Он должен быть оснащён роботизированными руками с набором инструментов, необходимых для разделки орбитальных отходов в виде вышедших из строя спутников и орбитальных космических станций.
Сложность осуществления этого проекта состоит в неподготовленности космонавтов и техники для реализации этого амбициозного замысла. Спутники и другие летательные космические аппараты не разрабатывались в расчёте на разборку, так что орбитальному сервисмену недостаточно будет уметь откручивать гайки — ему придётся немало сверлить и резать.
