Что может быть лучше, чем провести вечер за прочтением хорошей книги? Если Вы со мной согласны, тогда Вам определенно точно стоит занести в закладки своего интернет-браузера сайт Getbookee. На www.getbookee.com Вы найдете рецензии на все заслуживающие вашего внимания литературные произведения и, по желанию, даже сможете приобрести приглянувшуюся Вам книгу.

Прежде всего, контролю должны подлежать крупные космические объекты. По обнаруженным должен вестись динамический каталог, в котором содержатся сведения о назначении КО, их принадлежности, состоянии, параметрах орбит, различных некоординатных характеристиках и пр. Эта информация подлежит регулярному уточнению по результатам наблюдений КО. Для выполнения этих функций требуется создание достаточно дорогой сети средств наблюдения — системы контроля космического пространства.

В мире в настоящее время существуют только две такие системы, способные систематически и достаточно эффективно решать эту задачу. Это системы контроля космического пространства (СККП) России и США. Они создавались вовсе не для мониторинга засоренности ОКП. Главная их задача — обнаружение ИСЗ, представляющих опасность для своей страны с военной точки зрения. Принадлежат они национальным Министерствам обороны. Для выполнения этой задачи необходимо контролировать не только действующие КА, но и все крупные КО, на фоне которых и выявляются опасные с военной точки зрения объекты. Это условие, а также поскольку системы «делались на совесть» и их реальные характеристики перекрывают заданные начальные требования, они могут решать более широкие задачи. В этом смысле космическому мусору «повезло».

Российская СККП. В начале 60-х гг. прошлого века политическое и военное руководство Советского Союза пришло к выводу о необходимости организации в военных и народно-хозяйственных целях непрерывного наблюдения за ко искусственного происхождения в ОКП. В 1962 г. вышло Постановление правительства «о создании отечественной службы контроля космического пространства». В основу постановления были положены предложения и результаты исследований группы специалистов ЦНИИ-45 МО. В соответствии с этим постановлением в институте создается специальное управление для разработки необходимых проектных документов, ведения службы и обучения специалистов по ККП. У истоков создания российской СККП стояли такие крупные ученые, как доктора технических наук М. Д. Кислик, П. Е. Эльясберг и член-корреспондент АН СССР Н. П. Бусленко.

В 1963-1966 гг. под руководством ЦНИИ-45 Мо был создан «Центр контроля космического пространства» (ЦМП) (Ногинск Московской области).

К началу 1970-х гг. в ОКП находилось уже более 3000 крупных КО. Но ЦККП смог каталогизировать лишь немногим более 500 КО.

Ввиду активного освоения ОКП было принято решение о максимальном привлечении к наблюдениям за ко практически всех информационных средств, способных обнаруживать и сопровождать КО. В первую очередь системы предупреждения о ракетном нападении (СПРН) и системы противоракетной обороны (ПРО). Вместе с тем, разрабатывались и специализированные средства наблюдения КО — оптико-электронный комплекс «Окно» (рис. 1) в Таджикистане и радиооптический комплекс распознавания «Крона» (рис. 2) на Северном Кавказе. Но процесс ввода в эксплуатацию таких мощных средств довольно долгосрочный. Поэтому, по инициативе ЦНИИ-45 Мо на базе астрономических и астрофизических обсерваторий АН СССР и союзных республик, астрономических средств некоторых вузов, с 1976 г. начала создаваться наземная сеть оптических средств (НСОС). Долгое время (до принятия на вооружение оптико-электронного комплекса «Окно») она была единственным источником измерений по высоким КО, в том числе геостационарным.

Рис. 1. Оптико-электронный комплекс «Окно»

К началу 1990-х гг. ЦККП сопровождал уже более 5500 ко, в том числе высокоэллиптические и стационарные ко на высотах до 40 000 км.

В 1992 г. между российскими и американскими специалистами была достигнута договоренность об обмене каталогами КО национальных СККП. в том же году состоялся первый обмен. Через год организуется российско-американский научный семинар по ККП, который продолжает успешно функционировать и сегодня. В конкретной форме началось сотрудничество между российской и американской системами, в ходе которого выполнен ряд успешных работ по совместному контролю входа в атмосферу и падения на Землю крупных КО, а также проведен космический эксперимент ODERACS.

Рис. 2. Комплекс «Крона»

В 1999 г. был сдан в эксплуатацию комплекс «Крона» и в опытную эксплуатацию — первая очередь комплекса «окно», расположенного на высоте 2200 м и контролирующего ко на высотах 2000.40 000 км. Комплекс «окно» стал основным источником измерительной информации по стационарным и высокоэллиптическим объектам, при этом НСОС продолжала поставлять важную дополнительную информацию и привлекаться для проведения экспериментальных работ в космосе и наблюдению аварийных КА [50 лет., 2010; Севастьянов, Давиденко, 2003]. В 2003 г. был сдан в опытную эксплуатацию радиотехнический комплекс «Момент», который стал поставлять прежде всего некоординатную информацию о радиоизлучающих КА.

До распада СССР российская СККП располагала средствами наблюдения, расположенными как в России, так и на территориях союзных республик. В настоящее время система использует в основном российские территориальные СН (преимущественно СПРН и ПРО), а также некоторые РЛС и электронно-оптические средства на арендуемых территориях стран СНГ.

Российская СККП, будучи информационной Системой Вооруженных Сил РФ двойного назначения, выполняет и военные, и гражданские функции, в том числе связанные с международным взаимодействием, и находится в режиме постоянного боевого дежурства [Батырь и др., 2006a; Гаврилин, 2008; Диалектика…, 2011; оружие…, 2004; СККП России…, 2007].

Основные функции СККП:

• сбор и обработка позиционных и некоординатных измерений от средств наблюдения;
  
• идентификация измерений с орбитами каталогизированных КО;
  
• обнаружение новых КО и определение их начальных орбит;
  
• уточнение орбит каталогизированных КО;
  
• планирование наблюдений, расчет и выдача целеуказаний СН;
  
• прогнозирование движения КО;
  
• предсказание сближений КО и их возможных столкновений;
  
• определение некоординатных характеристик КО;
  
• определение массогабаритных, конструктивных, отражательных и излучательных характеристик КО, параметров собственного движения относительно центра масс;
  
• классификация КО по типу (КА, РН, элемент запуска или функционирования кА, фрагмент разрушения и т. п.);
  
• распознавание КА (определение его государственной принадлежности, целевого назначения, степени опасности, функционального состояния и т. д.);
  
• расчет продолжительности существования КО, определение времени и возможного района падения;
  
• оценка космической обстановки;
  
• ведение главного каталога СККП.
  

Для реализации этих функций в ЦККП поступает большой объем измерительной информации от широкой сети СН [50 лет., 2008; Диалектика., 2011; оружие., 2004, 2005; СККП России., 2007; Шилин, олейников, 2007].

Специализированные средства:

• радиооптический комплекс «Крона» на Северном Кавказе, включающий РЛС дециметрового диапазона, РЛС сантиметрового диапазона, лазерный оптический локатор;
  
• оптико-электронный комплекс «Окно» в Таджикистане, включающий четыре оптико-электронные станции обнаружения ВОКО и две оптико-электронные станции сбора информации [Севастьянов, Давиденко,
  
• 2003];
  
• радиотехнический комплекс контроля излучающих КА «Момент» под 23 Москвой.
  

Взаимодействующие информационные средства:

• РЛС «Днепр» (Мурманск, Иркутск, Россия; Гюльшад, Казахстан);
  
• РЛС «Дунай ЗУ» (Подмосковье, Россия);
  
• РЛС «Дарьял» (Печора, Россия; Мингечаур, Азербайджан));
  
• РЛС «Волга» (Беларусь);
  
• РЛС «Воронеж» (Ленинградская область, Армавир, Россия);
  
• многофункциональная РЛС ПРО «Дон 2Н»;
  
• квантово-оптические системы Космических войск.
  

Привлекаемые средства:

• наземные оптические средства наблюдения космического пространства, принадлежащие различным гражданским организациям (РАН, высшие учебные заведения и др.); ежесуточно они поставляют в ЦККП тысячи единиц измерений по геостационарным ко, что позволяет освободившийся ресурс специализированных оптических средств использовать для наблюдения ко на высокоэллиптических орбитах (сложных с точки зрения точного прогнозирования движения).
  

Недостаточный парк СН, их отсутствие на многих долготах и широтах обусловливает значительную ограниченность обзора ОКП. Данные измерений передаются практически в реальном времени в Центр контроля космического пространства (ЦККП), где на основе их обработки ведется динамический каталог КО [Батырь и др., 2006б; Гаврилин, 2008; Диалектика…, 2011; СККП России…, 2007; Шилин, Олейников, 2007; Batyr et al., 1993b; Space…, 2010].

Рис. 3. Радиолокационная станция «Воронеж»

Чтобы покончить с зависимостью от других стран, в России вводятся в эксплуатацию шесть новых РЛС с фазированной решеткой типа «Воронеж» (рис. 3) с размещением их вдоль западной, юго-восточной и южной границ. Первые две уже размещены в Лехтуси и Армавире. Причем армавирская РЛС имеет такое же покрытие пространства, как и РЛС СПРН в Габале (Азербайджан), что позволит обнаруживать запуски ракет со Среднего востока [50 лет., 2010; Диалектика., 2011; оружие., 2004; Hays, 2007; The SSS…, 2006; Rumsfeld…, 2002; Verger, 2007; Space…, 2010].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Хотите провести незабываемый отдых на пляже, омываемом теплыми волнами Карибского моря? Тогда без промедления вбейте в Яндекс “Маргарита Венесуэла” или, не тратя времени, посетите сайт www.isla-margarita.ru, который расскажет Вам, чем так примечателен райский остров под названием Маргарита.

Рис. 2. Оптико-электронный комплекс по наблюдению за космосом «Окно»

Традиционные методы поиска плохо адаптируются к новым широкомасштабным популяционным изменениям в ОКП и нуждаются в совершенствовании с целью повышения их производительности и эффективности. В настоящее время назрела необходимость модернизации всего арсенала методов поиска КО и создания методологии обнаружения мелких и слабоконтрастных космических объектов (КО) на основе последних научных достижений в этой области. В частности [Вениаминов, 2010], предлагается новый теоретический подход к построению методов поиска таких КО по грубой априорной информации об их орбитах. Некоторые методы, основанные на этом подходе, успешно испытаны, показали высокую эффективность и уже используются в действующих системах (в российской СККП, в частности, в ОЭК «Окно» (рис. 2) [Tretyakov et al., 2005; Veniaminov et al., 2005]). Еще на этапе отработки с их помощью удалось обнаружить БЭКО типа «Молния», считавшиеся потерянными и в течение более полугода не кооперируемые операторами, а также успешно пронаблюдать заданные КО на ГСО бортовым телескопом с очень узким полем зрения в космическом эксперименте с орбитальной астрономической обсерваторией «Астрон» (рис. 3), проводившемся в течение более шести лет с марта 1983 г. под руководством академиков А. Б. Северного и А. А. Боярчука.

Рис. 3. Советская космическая обсерватория «Астрон» была запущена в 1983 году. Проработала вместо одного запланированного года шесть лет

За последние десятилетия создано много моделей засоренности ОКП, в том числе и для составления прогнозов на десятки и сотни лет вперед. Однако практически все они грешат достоверностью выдаваемой информации. Одна из главных причин в недостатке измерительной информации для калибровки этих моделей, особенно в части мелкого КМ.

Повышение эффективности решения проблемы КМ, оперативности получения соответствующих оценок и прогнозов требуют постоянного совершенствования динамических моделей состояния засоренности ОКП на базе современных научных исследований (в математике, физике, астрономии) и регулярного притока новых данных наблюдений КМ. Крайне актуально заполнение пробела в знаниях о связи между хорошо наблюдаемой крупноразмерной фракцией фрагментов разрушения КО и практически ненаблюдаемой мелкой фракцией с целью адекватной экстраполяции первой на вторую при моделировании разрушений.

Имеет смысл внимательно проанализировать архивные данные всех космических миссий, предусматривавших зондирование космоса разнообразными бортовыми СН в различных диапазонах длин волн при выполнении задач, не связанных с наблюдениям КМ. Новая информация о КМ будет получена фактически бесплатно и этим нужно воспользоваться.

Рис. 4. Радиолокационная станция GRAVES

Международное сотрудничество могло бы помочь улучшить качество каталогов КО без особых дополнительных затрат. Это, пожалуй, самый экономичный способ существенно поднять эффективность каталогов. В каждом из них есть объекты, отсутствующие в других. Кроме того, между каталогами есть противоречия, анализ которых даст возможность устранить ошибки в обоих каталогах. В принципе, такой обмен позволит улучшить и точность сопровождения КО. Идеальным шагом в интересах повышения качества мониторинга ОКП было бы объединение СККП России, США и создающейся сейчас европейской СККП. Однако первые две системы принадлежат Министерствам обороны России и США, а основа европейской СККП РЛС GRAVES (рис. 4) — Министерству обороны Франции. Поэтому существуют определенные режимные ограничения на выдачу информации, и в нынешней международной обстановке мало вероятно, что их удастся устранить.

Крайне важно договориться о запрете намеренных разрушений КО, в том числе в конце их активного существования, испытаний кинетического оружия (ИС, АСАТ, KKV). Этот вопрос в значительной степени политический и затрагивает такие деликатные аспекты интересов государств, как национальная безопасность. Если не удастся договориться о полном запрете, то можно попытаться склонить заинтересованные стороны к проведению испытаний по «разумным» щадящим сценариям, которые завершались бы минимальным увеличением засоренности космоса.

По мере нарастания угрозы техногенного засорения космоса и ее осознания широкими слоями общества все чаще слышны голоса из научных, общественных и государственных организаций о необходимости принятия более радикальных мер борьбы с этой угрозой, чем реально принимаемые или планируемые. Так, Международная академия астронавтики (IAA) после фундаментальных исследований, инициированных ею в конце 2006 г., пришла к выводу о необходимости сосредоточиться, в отличие от прежних, «пассивных» мер, на активном удалении из космоса больших и малых нефункциональных КО — отработавших КА, ступеней РН, сопутствующих космическим миссиям фрагментов, которые служат потенциальным источником дальнейшего развития каскадного эффекта.

Рис. 5. Прогноз распределений пространственной плотности крупных КО для различных сценариев борьбы с засорением ОКП

Основным инструментом исследований служила эволюционная модель НАСА LEGEND. В качестве критерия для выбора кандидата на удаление было принято произведение массы КО на вероятность столкновения — MP_C. При этом рассматривались различные сценарии и нормы удаления: 5 (сценарий 1), 10 (сценарий 2) и 20 (сценарий 3) КО в год, начиная с 2020 г. На рис. 5 показан прогноз на 200 лет (на 2206 г.) распределений пространственной плотности крупных КО (<10 см) по высотам для этих сценариев. Нижняя кривая представляет распределение плотности на 2006 г., верхняя — прогноз на 200 лет при условии, что никакие меры по снижению засоренности ОКП приниматься не будут [Liou, Johnson, 2007].

Рис. 6. «Солнечный парус» на аппарате Космос-1, запуск которого состоялся в 2005 году с российской подводной лодки, но закончился неудачей и ракета-носитель вместе со спутником упали в океан

Главный вопрос стратегии активного удаления КО из космоса, как уже отмечалось, — рациональный выбор эффективных (или хотя бы физически реализуемых) и в то же время экономически оправданных (по крайней мере, щадящих) средств проведения этой операции. К их числу может быть отнесено использование направленной энергии, электродинамических и аэродинамических приемов (искусственное увеличение баллистического коэффициента), «солнечных парусов» (рис. 6), вспомогательных двигательных установок, тормозящих поверхностей, «захват» на орбите и пр. Проект IAA позиционируется как международный, у него 23 автора из девяти стран [Johnson, Klinkrad, 2009; Liou, Johnson, 2007a].

Заметим, что эта мера (активное удаление из космоса крупных объектов) постоянно предлагается в течение последних 30 лет. Однако принять ее к исполнению мешала дороговизна таких проектов. Сейчас, похоже, правительства космических держав (прежде всего США) готовы с этим смириться ввиду большой убедительности последних событий в ОКП.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Хотите побывать этим летом в славном городе Ставрополь, тогда обязательно занесите в закладки своего браузера сайт http://2stavropol.ru/, по страницам которого Вы совершите электронную экскурсию по этому прекрасному городу. Так что, когда Вы приедете в Ставрополь, то будете знать его как свои пять пальцев и точно не сможете пропустить ни одной достопримечательности.

Рис. 1. Бремя существования переходной ступени вывода КА на ГСО с борта шаттла

Слабые гравитационные возмущения влияют на время существования КО на ГСO с высотой перигея меньше 300 км, а выбор ориентации орбиты по отношению к Солнцу и Луне может заставить лунно-солнечные возмущения работать на снижение перигея. На рис. 1 показано, как время существования РН изменяется в зависимости от угла между плоскостью начальной орбиты переходной ступени и Солнцем [Loftus et al., 1992]. Это подсказывает очень дешевый способ ускорения схода с орбиты некоторых КА, но для других может потребоваться существенная коррекция программ запуска, полета, функционирования и согласования с прочими требованиями миссии.

На низких орбитах можно использовать приспособления для усиления торможения в атмосфере, например, установку насадок или изменение геометрии поверхности с целью увеличения ее площади. Это могут быть надувные баллоны. Чтобы они не сдувались после перфорации мелким мусором, использовать способы придания им жесткости после надува.

Перевод КА и РН на орбиты захоронения в конце их активного существования. Принудительное снятие КО с орбит и сокращение времени их существования обходится сравнительно недорого для НОКО или КО на эллиптических орбитах с низким перигеем. С ростом высоты их стоимость неприемлемо возрастает. Есть более универсальный метод «разредить» переполненные рабочие орбиты — перевод выработавших ресурс КА на орбиты захоронения, где они уже не представляют угрозы для действующих КА. Такие орбиты должны отстоять достаточно далеко от рабочих, чтобы естественные возмущения не вернули их вскоре назад. Перевод КО на орбиты захоронения не может считаться радикальным способом борьбы с засорением космоса, так как не уменьшает общей кинетической энергии в ОКП. Этот способ снижает риск столкновений в исходном районе, но повышает его в районе захоронения. Если там произойдет разрушение КА, то осколки могут достигнуть и его прежней рабочей орбиты. При выборе способа снижения опасности столкновения для действующих КА нужно сопоставлять различные варианты по стоимости и эффективности. Представляется, что в перенаселенной низкоорбитальной области, где трудно найти место для орбиты захоронения, обычно больше подходят методы радикального удаления КО с орбиты. Но для ГСО и полусуточных орбит они слишком дороги.

Швейцарцы уже изобрели миниатюрные аппараты, которые научное сообщество прозвало космическими пылесосами. Основная задача этих сверхтехнологичных устройств – очищение орбиты нашей планеты от мусора

Методы активного удаления КМ с орбит. Эта идея возникла почти лет 30 назад [Liou, Johnson, 2007b; Orbital___, 1985]. Однако из-за технической сложности и чрезвычайно высокой стоимости подобных проектов их не относили к разряду практически реализуемых. Удаление с орбит крупных КО требует высокозатратного создания специальной космической транспортной техники при сравнительно малой значимости снижения риска столкновений в результате такой операции. Самая оптимистическая оценка стоимости реализации подобного проекта [Petro, Ashley, 1989] — более 15 млн. дол. на каждый КО в нижней орбитальной области, не считая затрат на разработку маневровых систем.

События 2007, 2009 гг. (разрушения КА «Фенгюн-1С», «Иридиум-33», «Космос-2251») и последние модельные исследования, подтвердившие явную нестабильность популяции КМ в низкоорбитальной области (ниже 2000 км), дали новый импульс для дискуссий на эту тему. Как уже упоминалось выше, президент США Обама заявил в 2010 г., что национальная космическая политика США предусматривает проведение исследований и развитие технологий удаления КО из ОКП. Были даны соответствующие директивы NASA и Министерству обороны США [Liou, 2011b; President…, 2010].

Перед планированием операций по активному удалению КО встает ряд вопросов:

• в каком орбитальном районе следует осуществлять такие операции в первую очередь;

• каковы главные цели этих операций;

• какой КМ следует удалять в первую очередь;

• какой будет выигрыш от этого;

• каким образом конкретно осуществлять операцию.

В свете последних исследований и событий в космосе ответ на первый вопрос будет однозначен — низкоорбитальная область с наиболее неустойчивой популяцией КМ с признаками начала каскадного процесса. Засорение более высоких орбитальных областей, как мы уже отметили, проходит значительно медленнее. Второй вопрос затрагивает как общие, так и частные цели. Общей вполне может быть максимизация отношения достигаемой выгоды к стоимости операции. Частные цели: управление ростом популяции мусора, ограничение интенсивности столкновений, смягчение последствий столкновений для конкретно выбранных КА, например, пилотируемых, и т. п. Какой КМ удалять прежде всего, во многом зависит от ответа на второй вопрос. Если цель операции — стабилизация роста популяции КМ или снижение числа катастрофических столкновений, то удалять нужно в первую очередь крупные массивные КО. В случае постановки задачи снижения угрозы нарушения функционирования действующих КА, следует настраиваться на удаление КО размером от 5 мм до 1 см. Они самые опасные в этом смысле и составляют 80 % всех КО размером более 5 мм [Liou, 2011b]. Другой вопрос — как это сделать.

Идей высказано достаточно много, включая и весьма фантастические предложения: «космические веники», огромные пенные шары, фольговые ловушки, лазерные испарители наземного и космического базирования. Короче, в настоящее время не существует сколько-нибудь эффективных технологий удаления мелкого КМ, а все предлагаемые схемы выглядят очень дорогими.

Выбор того или иного метода борьбы с засорением ОКП по сути будет компромиссом между эффективностью его применения и стоимостью реализации.

Мы уже говорили, что из-за ошибок прогнозирования движения КО в 159 атмосфере невозможно с достаточной определенностью и, главное, своевременно предсказать место и время падения на Землю крупных обломков, что не позволяет принять необходимые меры защиты.

Главная неопределенность связана со «слабым» знанием вариаций плотности верхней атмосферы, и трудностью предсказания изменяющейся во времени площади поперечного сечения НОКО из-за его переменной ориентации в пространстве. Функцией этих двух характеристик будет сила сопротивления атмосферы, как очень важная компонента уравнений движения КО. Из-за плохого знания этих характеристик точность прогнозирования движения НОКО снижается на ±15 %, что составляет несколько, а иногда и десятки километров за сутки. Эти ошибки существенно превосходят все остальные, включая погрешности наблюдения и неоднозначность модели движения. Особенно недопустимы такие ошибки при расчете параметров сближения КО для программирования маневра уклонения от столкновения.

Над этой проблемой работают многие ученые, но ее решение пока оказывается им не под силу. Заметно улучшить точность определения этих двух характеристик сейчас нереально. Единственный, по нашему мнению, вариант — увеличение плотности средств наблюдения и рациональное их размещение с целью сокращения «слепых» для СН интервалов движения КО. Положительный эффект в этом случае гарантирован, однако проблема — в высокой стоимости реализации такого варианта. В то же время, если это все-таки будет сделано, то приведет не только к демпфированию проблемы непредсказуемости атмосферы, но и к существенному покрытию слабо контролируемых сегодня областей орбит, т. е. к более быстрому обнаружению КО, причем на большем разнообразии орбит.

Обе СККП испытывают множество трудностей в обнаружении и контроле движения БЭКО и других КО в высокоорбитальной области. Одна из причин этих трудностей — несовершенство используемых повсеместно методов поиска и обнаружения малоразмерных и слабоконтрастных КО. В ОКП присутствует гигантская масса элементов КМ с широчайшим разбросом орбитальных, массогабаритных и прочих индивидуальных параметров: по высотам, размерам, яркости и т. п. При этом специалисты испытывают большой дефицит измерительной информации для полноценного исследования проблемы техногенного засорения ОКП. КО различных классов требуют индивидуального подхода к их поиску и обнаружению.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Что только не падает из космоса на нашу многострадальную планету! Взять хотя бы космическую пыль, которая составляет более 6% от всей массы Земли! Еще более интересно обстоят дела с падение метеорита, который может принести к нам из далеких галактик новую породу минерала, гигантский алмаз или даже неизвестную форму жизни — именно так, благодаря упавшему миллионы лет назад метеориту, и зародилась жизнь на нашей планете!

Узнать все, что вы хотели, и даже больше, о метеоритах Вы сможете, если прямо сейчас посетите сайт www.spaceon.ru.

Гигантская орбитальная помойка, словно броня, обволакивает подступы к нашей планете

В комитете IADC этим вопросом занимается специальная рабочая группа WG-4, причем, в отличие от остальных трех групп, устав IADC требует представительства в ней всех стран-членов комитета. Этим подчеркивается особый статус группы и вверенного ей направления исследований.

Одним из коренных вопросов в решении проблемы КМ считается преодоление дилетантского к ней отношения. Школьные программы и программы вузов должны включать соответствующие курсы, содержащие хотя бы минимум знаний по вопросам техногенного засорения космоса. Конструкторы космической техники и менеджеры всех звеньев, связанные с освоением космоса, должны иметь профессиональные знания в этой области, так как от их действий в значительной степени зависит «состояние здоровья» ближайшего к нам космоса и его краткосрочная и долгосрочная эволюция. Необходимо разработать и широко распространить различные руководства в помощь конструкторам и государственным чиновникам. Эти руководства должны включать информацию о текущем состоянии среды, его прогнозировании и последствиях засорения, методики оценки повреждений КА и его компонент от км, методы пассивной, активной и операционной защиты КА. Эти руководства могут также оказаться полезными учебными пособиями для студентов.

Разумеется, наступать на проблему засоренности ОКП можно одновременно с разных сторон, особенно, если для этого имеются конструктивные основания. Но самая первая задача по логике вещей — это расширение возможностей всех инструментов и методов мониторинга в интересах наблюдения в первую очередь мелких фракций КМ, крупные мы обнаруживаем и наблюдаем довольно сносно, хотя многие существующие СН сильно устарели. Нужны разработка и ввод новых, специализированных средств обнаружения и наблюдения элементов КМ, привлечение существующих средств к мониторингу засоренности ОКП. км имеет определенные специфические особенности, поэтому желательна специализация этих средств для более эффективного обнаружения и отслеживания.

Заметно улучшить мониторинг ОКП могло бы создание более мощных и высокочастотных РЛС, но у этой стратегии тоже есть предел. Мощная РЛС наземного базирования с рабочей частотой 30 ГГц могла бы обнаруживать частицы км размеров 1 мм на низких орбитах. Создание же и эксплуатация такой станции обойдется очень дорого, а дальнейшее увеличение рабочей частоты с целью обнаружения еще более мелких частиц вообще теряет смысл, так как радиоволны короче 1 см сильно поглощаются атмосферой Земли. Правда, это ограничение не относится к СН космического базирования, но финансовые трудности их применения возрастают.

Многие существующие наблюдательные средства способны успешно обнаруживать и контролировать движение некоторых классов КМ. В этом отношении мощным резервом представляется российская СККП.

Кажется парадоксальным, что приблизительно 95 % крупных КО и в нашем, и в американском каталогах СККП — это КМ. Вместе с тем СККП — по замыслу и назначению чисто военная система, «обслуживает по своему профилю» лишь около 5% КО. При этом она использует для своих целей также измерительную информацию многих гражданских средств наблюдения. Вполне разумно и обратное — использовать по согласованию с МО (Министерство обороны) часть информации военных радиолокационных и оптических (оптикоэлектронных) средств в интересах мониторинга засоренности ОКП (как это делается в США). Это не будет большой нагрузкой для соответствующих подразделений МО, что подтверждается опытом СККП США.

Что касается прогресса в изучении популяции самого мелкого КМ, наблюдение которого доступно исключительно бортовым пассивным и активным контактным датчикам (техника in-situ), то здесь можно рассчитывать, пожалуй, только на прорыв в повышении эффективности последних. Необходимо резкое увеличение площади чувствительной поверхности таких детекторов.

Целесообразно создание и ведение единого динамического каталога КО всех размеров, накопление измерительной унифицированной базы данных и соответствующего архива наблюдений. Такой каталог и архив должны стать одними из главных продуктов национальной и интернациональной системы мониторинга ОКП. В эту базу данных должна стекаться измерительная информация от СН со всего мира, а ее содержимое быть доступным всем заинтересованным сторонам (прежде всего, широким группам специалистов) пусть даже на определенных условиях. Каталог КО СККП сегодня содержит информацию только о крупных объектах. Для обслуживания исследований проблемы км нужен комплексный каталог, включающий информацию и о мелких КО. Самая мелкая фракция, по-видимому, должна быть представлена в каталоге статистически в терминах распределений. Без достаточно полного каталога, ведущегося в реальном времени с высокой точностью орбитальных и некоординатных параметров КО, невозможно проведение полноценных исследований техногенного засорения ОКП.

Очередные кампании наблюдений и расстановку контактных датчиков на борту КА нужно планировать таким образом, чтобы как можно скорее ликвидировать пробелы в знаниях среды. Эти пробелы сильно сдерживают повышение точности и надежности используемых исследователями многочисленных моделей текущей и будущей засоренности ОКП и, следовательно, обоснованности принимаемых и планируемых мер по борьбе с угрозой со стороны КМ.

При обязательном продолжении кампаний наблюдения КМ необходимо тщательно архивировать данные измерений, полученные во всех предыдущих кампаниях. Ценность архива пропорциональна продолжительности охватываемого им временного периода. Чем он протяженнее, тем больше анализ соответствующей информации может открыть закономерностей в динамике общей популяции КМ и ее частных категорий, и тем достовернее будут результаты анализа.

Важным этапом разрешения проблемы космического мусора должна быть работа с конструкторами космической техники и менеджерами всех уровней. Только профессионализм в этой области позволит до конца осознать угрозу со стороны КМ их собственному делу. Правда, работа в этом направлении может привести лишь к паллиативному решению — обуздать дальнейшее засорение космоса.

И все же, в первую очередь нужно сосредоточить усилия на сокращении источников порождения нового КМ. Без этого придется принимать меры по снижению опасности удара более мощным бронированием КА, усложнением (и, естественно, удорожанием) различных видов защиты. Между тем вероятность функциональных отказов все равно будет возрастать, а очищение космоса путем активного увода крупных КО в ближайшем будущем окажется неэкономичным и не будет давать нужного эффекта.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Только на сайте www.rezina.ua Вы всегда сможете купить качественные шины ведущих мировых производителей. Так, например, комплект зимней резины Debica Frigo обойдет Вам всего в 1 600 грн.

Этот кратер в 5 см броне шаттла, участвовавшего в миссии НАСА Solar Maximum Mission, пробил крошечный обломок орбитального мусора

На типичных для низкоорбитальных космических объектов скоростях столкновения атакующая частица обычно расплавляется или даже испаряется, а мельчайшие осколки или расплав либо образуют большой кратер в щите, либо пробивают его насквозь, в зависимости от толщины щита. Чтобы монолитный щит защищал от высокоскоростного удара (от перфорации), его толщина должна быть пропорциональна второй или третьей степени скорости столкновения [Swift, 1982; Cour-Palais, 1985, 1987]. При скоростях удара более 2…3 км/с многослойный щит (например, бампер Уиппла) эффективнее монолитного. Экспериментальные и теоретические данные показывают, что при типовой скорости удара в области низких орбит бампер Уиппла обеспечивает защиту, эквивалентную защите монолитного в 10…20 раз более массивного, чем бампер [Swift, 1982].

Когда высокоскоростной снаряд ударяется в бампер многослойного щита Уиппла, их взаимодействие возбуждает обратную ударную волну, разрушающую, расплавляющую и даже испаряющую материал снаряда. Затем мелкие и уже более медленные частицы движутся от бампера к следующему, улавливающему слою (кэтчеру) и, ударяясь в него, распределяют энергию удара (ее оставшуюся часть) по большей площади. При этом каждая мелкая частица обладает малой энергией и создает меньший момент. Поэтому кэтчер может быть более тонким, чем монолитный щит. Многослойный щит защищает не только от высокоскоростных частиц км, но и от медленно летящих, которые просто пробивают бампер и останавливаются более толстым кэтчером.

Толщина бампера и кэтчера выбирается с учетом самого быстрого, самого крупного и самого высокоэнергичного из ожидаемых атакующих КО, а промежуток между ними должен оптимизировать распределение энергии КО.

Международная космическая станция – настоящая бронированная крепость, которая может устоять под натиском космического мусора диаметром до 25 см

Разработано много усовершенствованных вариантов щита Уиппла, снижающих суммарную его массу для защиты КА в конкретной среде и уменьшающих масштабы вторичного осколкообразования при ударе — в том числе и для защиты МКС [Christiansen, 1994; Christiansen, Kerr, 1993; Cour-Palais, Crews, 1990; Lambert, 1994].

Системы активной защиты КА включают также средства наблюдения (бортовые или наземные) для предупреждения оператора о грозящем столкновении и механизмы для защиты критических компонент и/или двигатели для выполнения маневра уклонения от столкновения. На сегодняшний день в качестве предупреждающих сенсоров используются наземные средства наблюдения, прежде всего СККП. На основе наблюдений рассчитываются потенциальные сближения КА с каталогизированными КО. В случае превышения вероятности столкновения допустимого уровня риска с помощью маневровых двигателей совершается маневр уклонения. Основы маневров уклонения от столкновения изложены в работе [Foster, Stansbery, 2003] и ряде документов НАСА.

Существуют и другие проекты активной защиты. Например, бортовые сенсоры обнаруживают приближение КО, после чего закрываются шторки над чувствительным компонентом КА или он разворачивается, подставляя приближающемуся объекту более защищенную сторону. Могут также выбрасываться особые щиты навстречу атакующему КО, или использоваться оружие направленной энергии (лазер, плазма и т. п.) для отклонения или разрушения приближающегося объекта [Schall, 1993; Settecerri, Beraun, 1993].

Проблема всех схем активной защиты в том, что они требуют упрежденного обнаружения опасности столкновения. Из-за высоких скоростей сближения, зачастую свыше 15 км/с, это упреждение должно быть весьма значительным — за сотни километров до встречи. При этом требуется не только обнаружение, но и устойчивое слежение за КО с целью получения точной координатной информации о нем, которая позволила бы однозначно сказать, будет ли в действительности столкновение. В НАСА есть модель SBRAM для предварительной оценки опасности для действующих КА со стороны каких-либо КО через дни, недели и месяцы [Krisko et al., 2005; Matney, 1998, 2000].

Казалось бы, естественно разместить все компоненты системы активной защиты (включая сенсоры) на борту защищаемого КА. Но это только на первый взгляд. Требования к системам, способным своевременно обнаружить на достаточном расстоянии и сопровождать среднеразмерный КО, очень высоки и сегодня практически не реализуемы. В частности, бортовой радар должен иметь чрезвычайно высокую мощность, оптика — от десятков до сотен сантиметров в диаметре. Сенсоры должны обладать широким полем зрения для обнаружения набегающих КО со всех ресурсов.

В [Orbital., 1995] приводится такой пример и соответствующий расчет. Низкоорбитальный КА массой 1 т оборудован сенсором, способным предупреждать с расстояния 100 км о потенциальном столкновении с точностью, при которой КА мог бы избежать столкновения, сместившись на 25 м в сторону. В заданных условиях на маневр потребуется 5 с. Для этого нужен реактивный двигатель с тягой 2 кН (типичные реактивные двигатели для коррекции орбит имеют тягу 1 кН). Если бы 375-тонной МКС понадобился такой маневр, нужен был бы реактивный двигатель с тягой 750 кН (такой же, как у второй ступени РН «Ариан-4»). К тому же, ускорение в таком маневре превысит допустимые нагрузки на выносные структуры (солнечные панели и т. п.). Снизить эти нагрузки можно за счет увеличения расстояния обнаружения КО, но тогда придется увеличивать мощность сенсора. Тронешь в одном месте — поползет в другом.

Наземные средства СККП уже широко используются для предупреждения о сближении с каталогизированными КО действующих КА, в том числе МКС. Имея большое число весьма совершенных средств наблюдения, рассредоточенных практически глобально, они не испытывают дефицита времени на предупреждение. Однако у них есть ограничения на размер обнаруживаемых КО и слежения за ними (минимум 10 см), а также на точность прогнозирования их движения.

Наземная система предупреждения о столкновениях должна отвечать трем очевидным требованиям:

• каталог КО системы содержит динамически обновляемую координатную информацию о всех опасных КО, траектории которых пересекают орбиту защищаемого КА;

• система обеспечивает достаточно высокую точность измерительной информации, чтобы уровень ложных тревог был низким и исключал лишние маневры ухода;

• защищаемый КА способен реагировать на предупреждение уходом от столкновения или выполнением других активных мер защиты.

Современные системы предупреждения о столкновениях, к сожалению, не отвечают этим требованиям. Существующие каталоги не полные в части объектов размером менее 10…20 см и не включают большинство потенциально опасных КО. Непредсказуемость состояния верхней атмосферы и, как следствие, неточность прогнозирования будущего положения сближающихся объектов делает неизбежным ненужные маневры (из-за требования значительного упреждения выдачи сигнала об опасности). Эта неопределенность также не позволяет точно и своевременно предсказать параметры ожидаемого столкновения для большинства существующих КА и точного расчета установок на маневр. Необходимые характеристики сенсоров для активной защиты КА достигаются сложными и дорогостоящими техническими решениями. Поэтому такую защиту имеет смысл применять только для пилотируемых и очень дорогих КА.

Даже при наличии эффективной системы предупреждения многие методы активной защиты могут оказаться физически не реализуемыми. Например, схема встречного обстрела атакующего КО требует большей мощности (десятки киловатт), чем может обеспечить современное оборудование КА. Маневр уклонения при срочном предупреждении может оказаться выполнимым лишь при наличии очень мощного реактивного двигателя и весьма жесткой конструкции КА, чтобы выдержать резкий маневр.

Что касается операционной защиты, то она включает избыточность и дублирование оборудования, специальную архитектуру дизайна. Большинство схем операционной защиты направлены не на снижение угрозы удара КМ, а на минимизацию вероятности отказа КА из-за сбоя отдельной его компоненты по любой причине, не обязательно связанной с КМ. Операционно обеспечивается лишь щадящий режим снижения качества функционирования КА при нештатном или некачественном функционировании какой-либо компоненты. Например, термопокрытие проектируется таким образом, чтобы оно сначала обеспечивало более чем достаточный термоконтроль, а его нижние слои плавно снижали свои термозащитные свойства при более жестких чем проектные воздействиях внешней среды. Солнечные панели устанавливаются большей площади, чем нужно для снабжения КА электроэнергией. Электронное оборудование и двигательная техника обычно дублируется в 2…3 раза. Такая операционная избыточность применяется и в многообъектовых космических системах. Например, в американской GPS (и российской ГЛоНАСС) используется больше спутников на орбитах, чем это требуется.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Холодные глубины и сказочные красоты космического пространства, сотрясаемые взрывами сверхновых и освящаемые светом бесчисленных галактик, не могут не вселять ужас и восхищение в сердца всех жителей крошечной планеты по имени Земля.
Именно поэтому в наше неспокойное время многие стали задумываться, что происходит после смерти… Существует ли Вознесение, растворяется ли энергия наших душ космическом вакууме или за смертью следует одно бескрайнее НИЧТО?
Получить ответ на этот вопрос Вы сможете только на сайте www.bcoreanda.com.

Космический аппарат НАСА UARS

10 ноября 2007 г. случился довольно загадочный инцидент. Спутник НАСА для исследования верхней атмосферы UARS (Upper Atmosphere Research Satellite), после успешного выполнения своей 14-летней миссии в 2005 г. был пассивирован (топливные баки опустошены и аккумуляторы разряжены) и переведен на более низкую орбиту захоронения с целью сокращения срока существования. В течение последующих двух лет его высота постепенно снижалась, как вдруг 10 ноября 2007 г. от 5,7-тонной конструкции неожиданно отделилось, по крайней мере, четыре фрагмента (с умеренной скоростью). Два из них упали на Землю в конце ноября, остальные оставались на орбите до конца года. По мнению оператора, взорваться спутник не мог, поскольку был полностью пассивирован, если не считать мизерного количества сжатого газа в баллончике. Единственной объяснимой причиной разрушения могло быть столкновение с небольшим ненаблюдаемым элементом КМ [Two…, 2008].

Через день после этого инцидента США провели первый пуск РН «Дельта-IV» в 2007 г. Предыдущий ее полет в 2006 г. закончился незапланированным разрушением второй ступени с образованием 60 фрагментов.

На этот раз вторая ступень РН также произвела две дюжины обломков размером более 10 см. как и в предыдущем случае, образование фрагментов не помешало РН успешно выполнить свою функцию — вывести полезный груз на запланированную орбиту.

В марте 2008 г. по неизвестной причине взорвался российский «Космос-2421» (точнее, в марте — июне этот КА испытал три последовательных взрыва — 14 марта, 28 апреля и 9 июня [ISS Maneuvers…, 2008; The Multiple., 2008]) с образованием 506 фрагментов, 90 % которых имели размеры от 5 до 20 см. Взрыв произошел всего лишь в 60 км над МКС. К счастью, основная масса осколков уже сгорела в атмосфере к началу 2009 г. (рис. 6).

Рис. 6. КА «Космос-2421»

В течение нескольких месяцев многочисленные обломки и осколки от разрушения «Космоса-2421» проходили близко от МКС, и каждый раз приходилось планировать маневры ухода от столкновений, которые отменялись лишь, когда уточненные вероятности столкновений опускались ниже «красного» порога 0,0001. Один маневр (27 августа) пришлось совершить при расчетной вероятности столкновения 0,014 (расчетный промах 1,6 км). Его осуществили с помощью пристыкованного в то время к МКС Европейского автоматического модуля (АММ) «Жюль Верн». За два часа до предполагаемого столкновения включили его двигатели с целью замедления движения станции (на 1 м/с), чтобы чуть-чуть снизить среднюю высоту орбиты станции, предварительно повернув МКС на 180° относительно первоначальной «нормальной» ориентации.

Это был восьмой маневр за полетную программу МКС [ISS Maneuvers., 2008; ISS Crew…, 2009; The Multiple…, 2008; Orbital…, 2008].

Модель облака космического мусора, образующегося при разрушении космического аппарата

В начале июля 2008 г. 21-летний «Космос-1818» с законсервированным ядерным реактором на борту стал источником нового облака КМ, 30 его фрагментов были обнаружены СККП США и еще множество небольших металлических сфер — с помощью специальных СН. Это был первый из двух однотипных спутников, испытывавших новую ядерную энергетическую установку. Причина взрыва до сих пор остается невыясненной (вполне возможно было столкновение с КМ). По мнению некоторых экспертов, образовавшиеся металлические сферы могли быть каплями натрий-калиевого охладителя, который использовался в предыдущих версиях реактора [Kessler et al., 1997; New Debris…, 2009].

Неожиданное даже для операторов столкновение американского «Иридиума-33» (рис. 7) с российским «космосом-2251» (рис. 8), так же как и, в свое время, столкновение французского CERISE с обломком РН Arian), нанесло удар по скептикам, утверждавшим, что, вероятность серьезных катастроф мала, и апеллировавшим к факту редких регистраций столкновений. Вместе с тем, известный специалист Пулковской обсерватории А. Сочилина, исследуя орбитальное поведение КА на ГСО, показала, что, по крайней мере, 40 из них испытали столкновение с относительно крупными КО [Sochilina et al., 1998].

Рис. 7. КА «Иридиум-33»

Рис. 8. КА «Космос-2251»

Итак, 10 февраля 2009 г. действующий КА обеспечения глобальной спутниковой связью объектов США «Иридиум-33» (70 спутников в системе «Иридиум» на одной рабочей высоте) столкнулся с уже нефункционирующим российским ИСЗ «Космос-2251» (класса «Стрела-2м», диаметр 2,05 м, гравитационная штанга длиной 18 м, масса 900 кг) (рис. 9). Размеры «Иридиума-33» оцениваются как 2×1 м, масса 560 кг. Столкновение произошло над районом крайнего севера Сибири на высоте около 790 км при относительной скорости 11,646 км/с с образованием большого числа обломков. Наклонения орбит спутников составляли 86,4 и 74,0°, соответственно. Плоскости орбит в момент столкновения пересекались почти под прямым углом. Летом 2010 г. СККП США было зарегистрировано более 2100 фрагментов от обоих аппаратов.

Количество фрагментов, образовавшихся от разрушения «Космоса-2251», более чем вдвое превысило таковое от разрушения «Иридиум-33», что приблизительно соответствует соотношению масс исходных объектов. После столкновения объем каталога КО СККП США увеличился на 15,6 % (на 2347 КО), а количество не каталогизированных, но сопровождаемых СН, возросло на 6000 КО [Space…, 2010].

Рис. 9. Положение орбитальных плоскостей аппаратов «Иридиум-33» и «Космос-2251» в момент столкновения [Satellite…, 2009]

Рис. 10. Эволюция орбит фрагментов разрушения ИСЗ «Иридиум-33» и «космос-2251» через шесть месяцев после столкновения

Более детальный анализ столкновения КА «Иридиум-33» и «Космос-2251» можно найти в [Kelso, 2009; Makarov et al. 2011; Matney, 2010; Nazarenko, 2009b, 2011; Satellite…, 2009] (рис. 10).

Суммарное количество мелких фрагментов (размером около 1 см) от ИСЗ «Фенгюн-1С», «Иридиум-33» и «Космос-2251» по данным радиолокаторов «Хэйстэк» и ХЭкС составляет около 250 000, а крупных (свыше 10 см) — порядка 5500 [Update., 2010]. Объем каталога КО скачком увеличился на 60 % (см. рис. 4)!

Насколько серьезно было воспринято это событие, можно судить по тому факту, что уже в апреле 2009 г. в конгрессе США проводятся слушания под девизом «Сохранение космической среды для гражданского и коммерческого использования». Перед комитетом палаты конгресса по науке и технологиям (Подкомитет по космосу и аэронавтике) выступили генерал-лейтенант Ларри Джеймс от Стратегического командования США, Николас Джонсон — руководитель подразделения НАСА по проблемам техногенного засорения космоса, Ричард Дарбелло от Генеральной корпорации Интелсат и Скотт Пэйс от Института космической политики Университета им. Джорджа Вашингтона (рис. 11) [Congressional., 2009].

Рис. 11. Слева направо: генерал-лейтенант Ларри Джеймс, Николас Джонсон, Ричард Дарбелло, Скотт Пэйв

В июне 2009 г. в Вене на своем ежегодном собрании комитет ООН по мирному использованию космоса (COPUOS) заслушал ряд докладов, инициированных столкновением «Иридиума» и «космоса». бригадный генерал Сьюзен Хелмз (бывшая космонавтка) объявила, что Стратегическое командование США изыскивает возможности проведения оценки опасных сближений для большего числа действующих КА. Николас Джонсон сообщил последние данные о природе облака осколков от столкновения спутников и его возможной эволюции [United…, 2009].

Единственная польза от историй, происшедших с КА «Фенгюн-1С», «Иридиум-33» и «Космос-2251», в том, что они помогают понять процесс фрагментации крупных КО при столкновениях и предоставляют редкую возможность для проверки и калибровки моделей фрагментации по реальным данным.

Более полный обзор событий в космосе, происшедших с самого начала космической эры, можно найти в выпускаемых НАСА сериях Chronology и Orbital Debris Quarterly News [Accidental…, 2005; Cizek, 2001; History…, 2004; Johnson et al., 2008; Krisko, 2006; Portree, Loftus, 1993, 1999 и др.].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Не желаете идти на поводу у вашей судьбы и хотите знать, что Вас ждет в будущем? Тогда я хочу порекомендовать Вам сайт astrogenc.ru, где Вы найдете самые точные гороскопы, которые помогут Вам узнать, какие испытания на вашем жизненном пути уготовила Вам судьба.

Японский ракета-носитель H-IIA

В 2006 г. было еще несколько взрывов, в том числе разрушение второй ступени японской РН H-IIA; вспомогательного двигателя РН; верхней ступени РН «молния» [Significant…, 2007; Three…, 2006].

19 февраля 2007 г. взорвался разгонный блок «Бриз-М» РН «Протон». В результате не удалось вывести спутник связи «Арабсат-4А» на геостационарную орбиту. Он почти с полным баком топлива остался на орбите 495×14 750 км и наклонением 51,5° [Four Satellite___, 2007]. После взрыва образовалось более 1000 осколков.

В 2007 г. было восемь взрывов.

Рис. 3. КА «Фенгюн-1С» до разрушения

11 января 2007 г. при испытаниях китайского кинетического противоспутникового оружия была атакована и взорвана мишень — метеорологический китайский ИСЗ «Фенгюн-1С» (Fengyun—1C) (международный номер 1999-025А) массой почти 960 кг, на почти круговой солнечно-синхронной орбите высотой ~850 км и наклонением 98,8° (рис. 3). В результате кинетического удара с относительной скоростью ~9 км/с в интенсивно используемой области орбит образовалось облако осколков, из которых в течение первой недели было обнаружено более 600. к 11 июля 2007 г. 129 было каталогизировано уже 2347 осколков. К середине сентября 2010 г. их было 3037 [Chinese Debris…, 2010]. По данным [Fengyun-1C.., 2008, 2009; Stokely, Matney, 2008], радар «Хэйстэк» зарегистрировал еще более 150 000 не каталогизированных осколков от взрыва размером до 1 см.

Интересно, что общее количество фрагментов от разрушения КА «Фенгюн-1С» (обнаруженных СККП США и радаром «Хэйстэк») превысило предсказанное Стандартной моделью разрушения от столкновения НАСА [Stansbery, 2008].

Рис. 4. История изменения количества КО в ОКП

Это событие расценивается специалистами как самое драматическое в истории «размножения» КМ, и наглядно демонстрируется резким его скачком на диаграмме рис. 4 над абсциссой 2007 г. количество каталогизированного км, который накапливался в течение 50 лет, в одно мгновение возросло более чем на треть, а фрагментов разрушений — сразу на 75 % [Detection., 2007]. Ничего подобного за всю историю освоения космоса не наблюдалось.

Произошедшее усугубляется еще и тем, что по оценке специалистов [Chinese Debris…, 2010; Johnson et al., 2007] основная масса образовавшихся осколков (~95 %) продолжит свое орбитальное существование в течение, по крайней мере, нескольких десятков лет, а часть из них — сотни лет [Space., 2008]. к июлю 2007 г. сгорело только 13 из каталогизированных обломков. к середине сентября 97 % всех обнаруженных и каталогизированных на тот момент обломков от взрыва (3067) все еще оставались на орбитах [Chinese Debris…, 2010].

И все это в области орбит, насыщенных действующими КА, в частности, метеорологическими, океанической разведки: российские «Метеор-1», «Метеор-2», американские NOAA, DMSP, китайские серии «Фенгюн» и др.

Из-за огромного числа образовавшихся фрагментов и большого разброса векторов начальных скоростей уже в первые шесть месяцев после взрыва некоторым действующим КА пришлось совершить маневры ухода от столкновения с ними. КА НАСА Terra, движущемуся по почти круговой орбите со средней высотой 705 км, 22 июня была дана команда на маневр ухода от 35-сантиметрового обломка (расчетное сближение составило 19 м). Спустя несколько дней МКС приготовилась к подобному маневру, который был отменен перед самым включением двигателя после того, как уточненное значение промаха оказалось приемлемым.

После разрушения КА «Фенгюн-1С» орбиты образовавшихся осколков были ограничены достаточно узким диапазоном наклонений и прямых восхождений. Однако различные скорости прецессий орбит привели со временем к существенному расширению этого диапазона. На рис. 5 показана эволюция всего пучка орбит фрагментов за шесть месяцев. Облако осколков охватило диапазон по высоте от 200 до 4000 км [Detection…, 2007; Chinese Anti-satellite…, 2007; Liou, Johnson, 2008a, b].

Рис. 5. Расплывающийся тороидальный пучок орбит осколков от разрушения ИСЗ «Фенгюн-1С» с интервалом в три, шесть, девять и двенадцать месяцев

Для сравнения напомним об аналогичном событии годом позже. 21 февраля 2008 г. США провели испытание противоспутникового оружия АСАТ, в результате которого ракетой SV-3 был разрушен ИСЗ USA-193 [Kaufman, White, 2008]. Спутник вышел из строя сразу после вывода на околоземную орбиту. Его топливный бак остался заполненным не использованным гидразином, а анализ выживаемости показал, что он может достичь поверхности Земли и создать серьезные проблемы в зависимости от того, куда бак упадет.

По мнению американцев, кинетический удар по спутнику и его разрушение на орбите убивали сразу двух зайцев: c одной стороны, проводилось испытание кинетического оружия, с другой, устранялась угроза падения на Землю бака, заполненного гидразином. 21 февраля спутник был разрушен на множество мелких осколков (360 было обнаружено и сопровождалось до их входа в атмосферу), большая часть которых сгорела в атмосфере в течение одного часа после удара ракеты. К концу марта на орбитах оставалось всего несколько фрагментов, последний сгорел а атмосфере летом того же года [Satellite___, 2008].

Эксперимент, проводившийся на высоте 250 км (гораздо меньшей, чем в первом испытании АСАТа и, тем более чем в китайском), был построен таким образом, что 99 % образовавшихся осколков сгорели в атмосфере в течение недели.

F-15 — убийца спутников

Как известно, первое испытание АСАТа состоялось 13 сентября 1985 г. Противоспутник запустили с борта самолета F-15 и разрушили ИСЗ Solwind на орбите 545×515 км. Образовалось 285 фрагментов разрушения цели, многие из которых просуществовали в космосе более 15 лет. Некоторые из них прошли на расстоянии 1,3 км от МКС. Последний из 131 осколков сгорел в феврале 2004 г. [Grego, 2006].

Спустя месяц после разрушения китайского «Фенгюн-1С» произошли еще четыре взрыва. Двух китайских КА и двух российских компонентов запуска: Beidou 2A, CBERS-1; двигатель осадки топлива российской РН «Протон» и разгонного блока «Бриз-М».

Последний взрыв заслуживает особого внимания. В феврале 2006 г. РН «Протон» с разгонным блоком «Бриз-М» был использован для вывода ИСЗ «Арабсат-4А» на низкую парковую орбиту. Через 50 мин после вывода двигатель «Бриза-М» снова был включен (второе включение из четырех запланированных). Однако из-за возникшей неисправности отработал меньше положенного времени и не включился снова. КА в результате не вышел на штатную операционную орбиту, отделился от РН, и позже была отдана команда на его управляемый вход в атмосферу. 19 февраля 2007 г. двухтонная конструкция «Бриза-М» взорвалась и разлетелась на более чем 1000 различимых с Земли обломков, находясь на орбите 495×14 705 км с наклонением 51,5°.

По счастливой случайности, взрыв наблюдался, по крайней мере, тремя астрономами в разных частях Австралии и был сфотографирован. На нескольких снимках ясно видно распространение облака обломков малой яркости. Причина взрыва — скорее всего неизрасходованное топливо на борту разгонного блока. Хотя все четыре взрыва непреднамеренные, по крайней мере, три из них можно было предотвратить. Как рекомендовано во многих национальных и интернациональных руководствах по снижению засоренности ОКП, КА и ступени РН в конце своего активного существования должны быть пассивированы (например, путем сброса остатков топлива) [Four Satellite___, 2007].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Если Вам срочно потребовалась энная сумма денег, тогда настоятельно рекомендую Вам прочитать статью про оформление кредитов наличными на сайте www.credit0problem.ru, из которой Вы узнаете о всех плюсах и минусах подобных займов.

700-килограммовый искусственный спутник Земли «Космос-1275», запущенный на орбиту 4 июня 1981 года

Советский военный навигационный ИСЗ «Космос-1275» массой 700 кг неожиданно взорвался в июле 1981 г. на высоте 977 км и образовал более 300 каталогизированных фрагментов. Возможная причина — удар крупного элемента КМ [Potter, 1993] (официальная версия — взрыв аккумуляторной батареи).

В июне 1983 г. шаттл «Челленджер» STS-7 столкнулся с кусочком обогащенной титаном краски размером 0,2 мм при относительной скорости 5 км/с. В результате на иллюминаторе образовался кратер диаметром 4 мм. Команда шаттла заметила повреждение во время полета и сразу сообщила в ЦУП.

В январе 1986 года состоялся запуск шаттла «Челленджер» STS-51L. Общая длительность полета составила 73 секунды, после чего произошел взрыв космического аппарата, унесший жизни всех 7 членов экипажа.

13 ноября 1986 г. третья ступень РН «Ариан V-16» взрывается над восточной Африкой и образует облако осколков, которое тут же зарегистрировал американский радар в Турции. В феврале 1987 г. было каталогизировано 465 фрагментов этого взрыва. Они образовали вокруг Земли кольцо шириной 30°, наклоненное к экватору под 98,7°, с диапазоном высот от 500 до 1400 км, которое расширялось примерно на 10° в месяц. Вскоре стало очевидным, что взрыв «Ариан V-16» оказался самым «урожайным» на осколки разрушением из всех предшествующих. Несколько позднее директор Центра астрофизических исследований в Колорадо Роберт Калп заявил, что в результате этого взрыва образовалось более 500 каталогизированных фрагментов и 5000 более мелких осколков, способных причинить существенный ущерб действующим КА [Johnson, 1989; Portree, Loftus, 1999].

Но этот «рекорд» продержался недолго. Спустя несколько месяцев взрыв советского КА «Космос-1813» породил 850 каталогизированных обломков.

В мае 1991 г. произошел взрыв второй ступени американской РН «Дельта-2910» с образованием 237 каталогизированных обломков.

Ракета-носитель «Титан IIIC Транстэйдж»

21 февраля 1992 г. на почти геосинхронной орбите взорвалась ступень американской РН «Титан IIIC Транстэйдж», образовав облако из более чем 500 осколков размером более 2 см [Hanada, Matney, 2002].

В июне 1996 г. взорвался вспомогательный разгонный блок (топливо — гидразин) американской РН «Пегас». В результате образовалось 713 крупных осколков. С помощью радаров «Хэйстэк» и «Голдстоун» удалось зафиксировать еще порядка 300 000 осколков размером более 4 мм [Johnson, 1998]. Блок имел сухую массу всего 97 кг. Образование такого количества наблюдаемых СККП США осколков стало загадкой, поскольку шло вразрез со всеми имевшимися моделями разрушений. Положительным следствием этого события было решение Orbital Sciences Corporation (OSC) существенно переработать проект вспомогательного гидразинного разгонного блока РН «Пегас», чтобы исключить повторение подобных взрывов.

Самым знаковым событием 1996 г. стало столкновение 24 июля очень дорогого французского (британской конструкции) военного экспериментального микроспутника (масса 50 кг) радиоэлектронной разведки с фрагментом РН ЕКА «Ариан». Это было первое официально зарегистрированное столкновение двух каталогизированных КО. Фрагмент КМ перебил 6-метровую штангу с гравитационным датчиком, после чего нормальное функционирование спутника стало невозможным. Столкновение произошло при относительной скорости 14,8 км/c [Johnson, 1996].

16 ноября 1996 г. с помощью трехступенчатой РН «Протон-к» был за- 125 пущен КА «Марс-96» с разгонным блоком. Если бы все пошло по программе, автоматическая межпланетная станция должна была выйти на гелиоцентрическую орбиту с большой полуосью 185,759 млн. км, эксцентриситетом 0,2, наклонением 2,11 °, периодом 505 суток. Продолжительность полета к марсу составила бы 300 суток. Но… Включение разгонного блока 17 ноября прошло нештатно, перевод КА на высокоэллиптическую орбиту выполнен не был. КА и разгонный блок разделились и остались на низких орбитах. По данным российской СККП, «Марс-96» сошел с орбиты 17 ноября, разгонный блок на сутки позже. Его обломки упали в южной части Тихого океана южнее Новой Зеландии. С местом падения КА существует большая неопределенность. По данным разных расчетных групп, вход аппарата в атмосферу произошел либо над Тихим океаном, либо над Южной Америкой (Чили, Французская Гвиана), либо над Атлантикой. Вторая ступень РН упала в Горном Алтае и при этом убила корову [Россия…, 1996].

Транспортный космический корабль «Прогресс М-34»

В средствах массовой информации широко освещалось столкновение ОС «Мир» с КК «Прогресс М-34» 25 июня 1997 г. Станция получила при этом £s значительные повреждения, и возникла определенная угроза безопасности ее экипажа. Удар зацепил и солнечные батареи модуля «Спектр», в которых при визуальном осмотре была найдена большая дыра. Образовались и фрагменты, один из которых был вскоре обнаружен СККП США. Однако осталось неясно, принадлежал ли он ОС «Мир» или КК «Прогресс м-34» [Three…, 1997].

Российский «Космос-2313» массой 3 т выполнил маневр завершения полета 22-23 апреля 1997 г. и пребывал в состоянии естественного погружения в атмосферу, как вдруг 26 июня на высоте 285 км было зафиксировано его разрушение. Вскоре обнаружилось 90 его фрагментов, большинство которых к 30 июня сгорело в атмосфере. [Portree, Loftus, 1999; Three…, 1997].

Российский разведывательный спутник «Космос-2343» массой 6,5 т завершил свою четырехмесячную миссию, и 16 сентября 1997 г. осуществил самоподрыв на высоте 230 км над камчаткой. Три из пяти предыдущих ИСЗ этой серии («Космос-2101, -2163 и -2225») были подорваны приблизительно в том же районе. В течение 48 ч СККП США удалось каталогизировать 32 фрагмента «Космоса-2343», некоторые из них имели апогей орбиты около 900 км, что указывает на скорость отделения при взрыве порядка 200 м/с. Часть обломков вскоре сгорела. СККП США каталогизировала всего 180 фрагментов. Была произведена оценка угрозы для ОС «Мир». Расчет и моделирование показали, что ни один из опасных фрагментов не попадал в «брус» размером 4x10x4 км с центром в ОС «Мир», хотя некоторые обломки пролетели на расстоянии 20 км от станции [Johnson, 1997].

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Момент взрыва шаттла «Челленджер»

Самое первое разрушение, причиной которого стал взрыв на орбите, случилось 29 июня 1961 г. [Johnson, 2011]. Верхняя ступень американской РН «Эйблстар» взорвалась примерно через час после того, как вывела на орбиту КА «Транзит-4А» вместе с двумя другими научными спутниками «Инджун-1» и «Солрад-3». Образовалось приблизительно 300 обломков. Вся официальная орбитальная популяция в то время составляла всего 54 КО. Тогда еще не существовало систем ККП, обнаружение и сопровождение КО осуществлялось эпизодически отдельными СН или операторами нескольких действующих КА. На сегодняшний день официально зарегистрировано более чем 200 разрушений КО. С 1984 г. НАСА регулярно публикует «Историю разрушений КО на орбитах», которую можно найти на веб-сайте программного подразделения НАСА по проблемам техногенного засорения космического пространства.

К 1995 г. было известно уже о 120 взрывах на орбитах (серьезных столкновений КО тогда еще не было зарегистрировано), которые привели к образованию более 8000 каталогизированных (т. е. крупных) фрагментов. К 2006 г. их было обнаружено уже 190, а к 2011 — более 200. Одних только зарегистрированных преднамеренных взрывов КА и верхних ступеней РН с 1964 г. произошло 56 и 2, соответственно [Johnson, 2010]. На самом деле их было гораздо больше.

До разрушений КА «Фенгюн-1С», «Иридиум-33» и «Космос-2251» фрагменты разрушений КО составляли около 40 % от объема всего каталога КО. После взрывов этих спутников доля фрагментов подскочила до 57 % и продолжает расти в результате обнаружения все новых и новых осколков. При этом из не каталогизированных, но сопровождаемых СККП США КО размером более 1 см, подавляющее большинство (приблизительно 95 %) составляют осколки от разрушений КО. Исследования показывают, что такая же доля приходится на фрагменты разрушений и среди всей популяции КО размером более 1 см, т. е. включая не сопровождаемые СККП. Более 4 % всех космических миссий в той или иной степени сопровождались разрушениями КА или РН [Satellite___, 2002].

Остановимся на официально зарегистрированных и имевших серьезные последствия событиях такого рода.

С 1963 по 1982 г. СССР провел 23 испытания противоспутникового оружия, из которых семь завершились перехватом. В результате образовалось 736 каталогизированных осколков, из которых до сих пор на орбитах остаются более 30 % [Johnson et al., 2007; History…, 2004; Russia…, 2009; Space…, 2008; Zak, 2008].

С 1964 г. прошла целая серия катастроф КА, имевших радионуклеиды на борту, которые в результате достигли земной поверхности.

Американский космический аппарат Transit VBN-3

Закончился аварией РН запуск американского КА Transit VBN-3 в апреле 1964 г. После разрушения аппарата на высоте 80 км около 100 г плутония было рассеяно в атмосфере.

Для сравнения заметим, что в мае 1968 г. во время неудачного запуска американского экспериментального метеоспутника Nimbus B два плутониевых генератора упали в Атлантический океан. Их достали со дна и использовали повторно на следующем аппарате этой серии.

Ракета-носитель «Протон-к»

В результате аварии в феврале 1969 г. РН «Протон-к», при попытке запуска первого советского лунохода «Е-8», радиоизотопный генератор на полонии упал в районе полигона Байконур. Как рассказывает бывший сотрудник НПО им. С. А. Лавочкина В. П. Долгополов, генератор нашли солдаты и обогревались им в казарме.

В апреле 1970 г. при возвращении лунного модуля Aquarius экспедиции Apollo-13 контейнеры с плутонием упали в Тихий океан восточнее Новой Зеландии.

В январе 1978 г. потерпел аварию советский спутник морской космической разведки и целеуказания серии РОРСАТ «космос-954» с бортовой ядерной энергетической установкой, что привело к радиоактивному загрязнению обширного района на севере Канады.

Подобная катастрофа произошла в феврале 1983 г. со спутником той же серии «Космос-1402». Но на этот раз «повезло» в том смысле, что остатки активной зоны реактора упали не на Землю, а в Атлантический океан.

Обитаемая космическая лаборатория Skylab

В 1973 г. США начали разработку обитаемой космической лаборатории Skylab. Это была весьма массивная конструкция массой 77 т, длиной 24,6 м, с максимальным диаметром 6,6 м и внутренним объемом 352,4 м³. Запущена 14 мая 1973 г. для проведения технологических, астрофизических, биолого-медицинских исследований и наблюдения земной поверхности. С мая 1973 г. по февраль 1974 г. на борту станции работали три экспедиции. Стоимость программы «Скайлэб» составила 3 млрд. дол. в ценах того времени. 11 июля 1979 г. Центр управления полетами сориентировал ОС для входа в атмосферу с точкой затопления в 1300 км южнее Кейптауна. Но ошибка в расчетах в пределах 4 % и непредусмотренное более медленное разрушение станции привели к смещению точки падения. Часть обломков упала и была обнаружена в Австралии. С тех пор австралийское руководство очень болезненно реагирует на падение космических обломков на ее территорию [Portree, Loftus, 1999] («Новости космонавтики». 1996. № 22, 23).

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».

Вы наконец-то смогли выкроить в своем плотном графике несколько часов свободного времени и решили начать писать научно-популярные статьи о космосе? Тогда Вам стоит знать, что первое, о чем стоит задуматься начинающему интернет-писателю, это – какой хостинг будет вещать его сайт во всемирную сеть?
Я настоятельно рекомендую Вам обратить свое внимание на надежный и проверенный временем сайт www.dareks.ru, предоставляющий свои услуги по созданию сайтов, их продвижению и последующему размещению на своих серверах.

Ракета-носитель «Зенит-3»

В январе 2011 г. после успешного испытания новой российской РН «Зенит-3», предназначенной для вывода нового поколения метеорологических КА на ГСО, две ее ступени остались на орбитах: одна на недолговечной низкой парковой орбите, вторая — на высокоэллиптической. Нижняя 9-тонная ступень вошла в атмосферу на высоте 80 км над Лос-Анжелесом 19 марта. Траектория обломков прошла над штатами Юта и Колорадо. 22 марта в графстве Моффат сотрудники шерифа обнаружили металлическую сферу диаметром 30 дюймов с маркировкой на русском языке (бак из системы сжатия), внешний вид которой показан на рис. 6 [Russian Launch…, 2011].

В 2008 г. в Австралии при перегоне скота был найден кожух от твердотопливного реактивного двигателя третьей ступени РН «Дельта-2», использованной в июне 1990 г. для вывода индийского ИСЗ INSAT-1D на геостационарную орбиту (см. рис. 7). Перед входом в плотные слои атмосферы орбита имела параметры 135×39 750 км [Eighteen-Year-Old…, 2008].

Орбитальный комплекс «Салют 7» с пристыкованным к нему кораблем

Широкий резонанс в обществе вызвало падение на Землю обломков орбитального комплекса «Салют 7» — «Космос-1686» в 1991 г. Этому событию был посвящен специальный научный семинар в Центре управления полетами ЕКА в Дармштадте в апреле 1991 г. «Салют-7» был запущен 19 апреля 1982 г. На его борту работали сменяя друг друга в общей сложности более 20 космонавтов. В феврале 1985 г. с 20-тонной ОС радиоконтакт был потерян и она стала неуправляемой. В июне того же года В. Джанибеков и В. Савиных на корабле «Союз т-13» осуществили рискованную ручную стыковку с медленно вращающейся станцией. Огромную информационную помощь при этом им оказала российская СККП. Космонавтам удалось стабилизировать станцию, сориентировать солнечные панели в сторону Солнца и зарядить батареи, т. е., по сути, они реанимировали станцию.

Эскиз ИЗС «Космос-1686»

В октябре 1985 г. со станцией состыковали 18-тонный ИСЗ «Космос-1686», образовав орбитальный комплекс. В августе 1986 г. с помощью двигателей обоих аппаратов ОК был поднят на высоту 490 км с перспективой его длительного функционирования. однако возрастание солнечной активности привело к взбуханию атмосферы и торможению комплекса. Падение 43-тонной конструкции произошло 7 февраля 1991 г. Правительство Аргентины сообщило ООН, что фрагменты ОК найдены на территории Аргентины [Clark, 1988; Flury, 1991; Orly Konig Lopez, 1995].

Из последствий такого типа наиболее опасно выпадение на Землю радиоактивных материалов (например, фрагментов бортовых энергетических реакторов). Про ИСЗ «Космос-954» было сказано выше. «Космос-1402» с радиоактивными материалами упал в Атлантический океан.

Опасность подобных событий не только в самом факте падения, но и в том, что его район и время предсказываются неточно. Виною тому, главным образом, неопределенность упреждающего расчета атмосферного торможения падающей массы.

Тем не менее, СККП США выпускает официальные предупреждения о предстоящих входах КО в плотные слои атмосферы и угрозе падения обломков на Землю. Эти прогнозы, известные как «Слежение за падающими КО» (Tracking and Impact Prediction — TIP), выпускаются ежедневно, начиная с 4-го дня до события, и несколько раз в последние 24 часа существования КО на орбите [Johnson, 2008a].

Чаще всего поверхности Земли достигают топливные баки РН (титановые или из нержавеющей стали). Ввиду их значительной массы и большого объема они конечно же представляют серьезную опасность. Если же в них сохранились остатки топлива, то при падении они могут еще и взорваться. В последнее время рассматривается возможность предотвращения таких ситуаций с использованием специальной идеологии на этапе проектирования [Kelley, Johnson, 2011].

Тем не менее, падение обломков КО на Землю — далеко не самая большая неприятность для человечества. Хотя трудно себе представить последствия падения крупного обломка, например, на АЭС, и вероятность этого вовсе не так уж близка к нулю.

Опасность столкновений в космосе и их конструктивные последствия. Создание космической техники, как и вся космическая деятельность, обходится населению Земли не дешево. Космический аппарат — дорогое удовольствие и его потеря — ощутимый удар по карману налогоплательщика. Поэтому нарастание угрозы прежде всего действующим аппаратам со стороны КМ должно настораживать.

Характеристики потока КМ сильно варьируют с изменением высоты и, в меньшей степени, наклонения. Поэтому риск столкновения КА и в принципе любого КО с элементами КМ существенно зависит от параметров орбиты самого КА (КО), его размеров, конфигурации и ориентации. Вероятность столкновения прямо пропорциональна площади поперечного сечения КО, перпендикулярного потоку КМ, и времени экспозиции этого сечения потоку. Ежедневно происходят сотни опасных сближений (ближе, чем на 1 км) между каталогизированными КО [Accidental…, 2005]. Это уже показатель опасности столкновения, причем вполне определенный, так как каталогизированные КО — самая определенная популяция КМ, о которой мы знаем практически все, в отличие от любой другой популяции.

Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».