Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Лучшим дополнением веселого праздника в кругу лучших друзей станут хрустящие, космически вкусные кукурузные
снеки от компании пермской компании «Кукурузный мир».
Узнать более подробно об этом продукте, стремительно завоевывающим популярность в нашей стране, Вы сможете, если прямо сейчас посетите сайт www.кумир-пермь.рф.


062012 1913 22 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Но вероятность столкновения — это только половина угрозы. Один и тот же кусок КМ может разрушить один тип КА, а другому нанести сравнительно небольшое повреждение.

 

Поэтому одной из задач конструкторов космической техники представляется определение степени опасности со стороны КМ для создаваемого КА с учетом всех существенных факторов. Точность предсказания правдоподобного ущерба КА за время его космической миссии зависит от правильности оценки потока КМ на пути следования КА и адекватности используемой модели определения ущерба данной конструкции со стороны КМ в случае столкновения. Другая задача — выбор конструкции аппарата, минимизирующей ущерб.

 

В связи с этим следует иметь в виду, что в некоторых орбитальных областях (особенно на больших высотах) поток КМ не может быть определен с достаточно высокой точностью из-за скудности измерительной информации при построении текущих оценок популяции КМ в этих областях (прежде всего мелкого и среднеразмерного). Точность предсказания ущерба тоже весьма неопределенная. Поскольку оба подлежащие учету фактора содержат значительные неопределенности, то и результирующее предсказание риска для данной конструкции КА со стороны КМ при выполнении им миссии тоже отличается значительной неопределенностью.

 

Коль скоро столкновение уже произошло, ущерб, причиняемый ударом КМ, зависит от размеров и относительной скорости соударяющихся КО, состава их материала и конфигурации, угла, под которым КМ ударяется в КА, и, конечно же, от степени уязвимости места (компонента) КА, на которое пришелся удар.

 

Орбитальная область, где произошло столкновение, тоже влияет на ущерб хотя бы потому, что от нее зависят средняя и предельная относительные скорости столкновений. И это важно учитывать как при выборе орбиты планируемой миссии (программы полета), так и конфигурации и защитного покрытия КА. На низких, практически круговых, орбитах относительная скорость возможных столкновений изменяется от почти нулевой (для КО, движущегося «вдогон» цели по той же орбите) до более чем 15 км/с (при столкновении лоб в лоб). Столкновение ВЭКО в окрестности перигея может происходить и при больших скоростях. Доля высокоскоростных столкновений возрастает для объектов с высокими наклонениями. На полусинхронных круговых орбитах орбитальная скорость составляет около 3,9 км/с, так что теоретически максимальная скорость столкновений в этой области будет около 7,8 км/с. На ГСО орбитальная скорость движения равна приблизительно 3 км/с. Но из-за того, что КА и РН на ГСО движутся в одном направлении и имеют малую разницу в наклонениях орбит, средняя относительная скорость столкновений в этой области равна 0,5 км/с. Это много меньше, чем в низкоорбитальной области, но все же сравнимо со скоростью пули.

 

062012 1913 23 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

 

В результате столкновения КА с элементом КМ может произойти полное или частичное его разрушение. Удар может вывести КА из строя, нарушив функционирование даже отдельного компонента, а также нанести повреждения поверхности аппарата, что сделает невозможным поддержание его стабильного теплового режима и дальнейшего использования по назначению. Современные оценки показывают [McKnight, 1993], что полное разрушение происходит в случае, если отношение кинетической энергии атакующего объекта к массе атакуемого превышает 40 Дж/г. отдельные части КА могут отличатся различной степенью уязвимости от ударов КМ. Например, небольшая болванка, даже на небольшой относительной скорости ударившаяся в солнечную панель, скорее всего разрушит только панель, но не весь КА, хотя и может нарушить его стабилизацию (по крайней мере временно).

 

Разрушение КА опасно не только его потерей, но и образованием иногда очень большого количества обломков как крупных, так и мелких. Особенно опасно разрушение аппарата, несущего на борту радиоактивные материалы. В конце 1990-х гг. таких КА в ОКП было около 60. При высокоэнергетическом столкновении они могут разрушиться. При наблюдениях с Земли высвободившиеся радиоактивные фрагменты никак себя не проявляют (только действующие реакторы имеют обнаружимый уровень излучения). Но они могут войти в атмосферу раньше, чем с учетом периода полураспада станут безопасными и достигнут поверхности Земли (как это уже неоднократно случалось) со всеми вытекающими отсюда последствиями.

 

В [Orbital___, 1995] приводится рассчитанный с помощью модели разрушения такой пример. В результате столкновения КА с массой 420 кг и КО с массой 500 г при относительной скорости 13 км/с образуется от 50 до 100 обломков массой более 0,5 кг — достаточной, чтобы вызвать последующие катастрофические разрушения. Количество образующихся более мелких осколков рассчитать гораздо труднее. Однако известно, что общее количество осколков будет возрастать с уменьшением их размеров (число сантиметровых может исчисляться миллионами). И эти фрагменты будут отделяться с большим разбросом скоростей: чем мельче осколки, тем больше разброс начальных скоростей и, следовательно, тем больший диапазон результирующих орбит. Между прочим, вектор скорости отделения фрагмента в момент столкновения — самый трудно предсказуемый параметр для модели разрушения. На рис. 8 [Johnson, 1985] показано распределение максимальных начальных скоростей образующихся осколков в зависимости от их размеров.

 

062012 1913 24 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Рис. 8. максимальные скорости отделения осколков в функции их размера

 

Столкновение НОКО со среднеразмерным КМ может иметь значительные разрушительные последствия. В низкоорбитальной области элемент КМ, по массе составляющий всего 0,1 % от массы КА, может разнести его на множество фрагментов. На больших высотах, где относительные скорости столкновений меньше, космическому аппарату для полного разрушения потребуется столкнуться со значительно более крупным КО. На ГСО только самые крупные элементы среднеразмерного КМ могут причинить КА ощутимый ущерб.

 

В зависимости от многочисленных и разнообразных условий удара и конфигурации КА повреждения могут быть в виде кратеров, сколов, пробоин, трещин, царапин. Даже если ударивший в КА объект и не проникнет сквозь его оболочку, обратная ударная волна может вызвать сколы на внутренней стенке в месте удара и вызвать серьезные повреждения внутреннего оснащения.

 

062012 1913 25 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Рис. 8.1. История изменения количества КО в ОКП

 

Механический момент от удара может вызвать импульсное повреждение типа скручивания или изгибания структурных компонент и передачу энергии ударной волны через различные структуры и компоненты аппарата. Результат воздействия КМ на КА сильно зависит от его конструкции и степени защиты, но некоторые компоненты очень трудно защитить эффективно (тросы, штанги, оптику, солнечные панели).

 

О нарастании угрозы столкновений свидетельствуют: неуклонно возрастающая расчетная вероятность столкновений на основе реальных наблюдений и моделей; динамика каталога КО (рис. 8.1; участившиеся регистрируемые факты столкновений, которые еще 10…15 лет назад были большой редкостью. Кроме публичных событий, существует множество прошедших незаметно, но внесших свой вклад в формирование картины нарастания опасности столкновений в космосе. Достаточно вспомнить следы и пробоины от ударов довольно крупных КО, регулярно обнаруживаемые космонавтами на МКС и экипажем шаттла при осмотре солнечных панелей и прочей внешней оснастки станции, космического телескопа «Хаббл» и иных КА.

 

На рис. 9, 10, 13, 17, 21-28 показаны пробоины серьезные повреждения, полученные оборудованием различных КА в результате атак КМ.

 

062012 1913 26 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Рис. 9. Сильные повреждения солнечных панелей модуля «Спектр» ОС «Мир», полученные в июне 1997 г.

 

062012 1913 27 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Рис. 10. Повреждение термозащитного покрытия российского модуля «Заря» на МКС, обнаруженное в июне 2007 г. во время его внешнего осмотра. Разрыв внешнего слоя имеет размеры 6,7×3,3 см, а отверстие в нижних слоях — 1×0,85 см

 

062012 1913 28 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

Рис. 11. Положение российского модуля «Заря» в структуре МКС и локализация повреждения

 

062012 1913 29 Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства. Часть III

 

Рис. 12. Инспектированная командами миссий шаттла STS-122 и STS-123 поверхность МКС


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


Найти на unnatural: Различные виды последствий техногенного засорения околоземного космического пространства Часть
Автор: admin | 20 Июнь 2012 | 269 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100