Распределение космического мусора. Часть III

А Вы никогда не думали, что у Вас за границей есть богатый дядюшка, который не знает, кому завещать свои миллионы?
Я настоятельно советую Вам попытать счастье и постараться найти своих родственников через сайт база-фамилий.рф, где хранятся данные о всех жителях планеты Земля!


Haystack Распределение космического мусора. Часть III
Радар «Хэйстэк»

Самую полную измерительную информацию о среднеразмерном КМ на сегодняшний день дают кампании наблюдений наземными средствами и, прежде всего, с помощью РЛС «Хэйстэк» и ХЭКС.

 

061212 1819 33 Распределение космического мусора. Часть III

Рис. 15. Распределение по высоте количества КО, обнаруженных радаром «Хэйстэк» в 547,6-часовом сеансе в парковом режиме при угле места 90°, и каталогизированных КО (данные НАСА)

 

На рис. 15 показано распределение обнаруженного в одной из кампаний (продолжительностью 547,6 ч) радаром «Хэйстэк» (в вертикальном парковом режиме) КМ размером от 1 см до 10 см по высотам в сравнении с распределением каталогизированных КО с дискретностью 100 км [Orbital…, 1995; Stansbery et al., 1994].

 

Бросается в глаза подобие этих двух распределений. Но есть между ними и различия. Объем популяции КМ, обнаруженного «Хэйстэком», ниже 1000 км с падением высоты уменьшается быстрее, чем количество каталогизированных КО, а в области 900_1000 км наблюдается явный пик в популяции КМ, обнаруженного «Хэйстэком», и такого пика нет (наоборот, имеется небольшой провал) в популяции крупных (каталогизированных) КО.

 

Первое различие вполне согласуется с предположением большей подверженности среднеразмерных КО, чем крупных, торможению в атмосфере, а пик в области 900_1000 км еще раз указывает на то, что источник образования частиц размером 1…10 см в этой области высот — скорее всего незарегистрированные разрушения крупных КО. Этим же можно объяснить и небольшой провал в распределении крупных КО.

 

Поскольку «Хэйстэк» позволяет оценивать также наклонение и эксцентриситет, его измерения свидетельствуют, что среднеразмерный КМ чаще, чем крупные КО обнаруживается на орбитах с меньшими наклонениями и большим эксцентриситетом. Кроме того, большое число КО, обнаруженных на высоте 900_1000 км, движутся по почти круговым орбитам с наклонениями ~65° [Stansbery et al., 1994]. После тщательного анализа результатов наблюдений «Хэйстэка» американские эксперты пришли к выводу, что большое количество КО на высотах 900…1000 км, имеющих наклонение орбит 60_70°, говорит о наличии мощного источника образования среднеразмерного КМ в этой области. Если бы этот источник был взрывом или столкновением крупных КО, то разброс параметров орбит КМ был бы гораздо шире, чем наблюдаемый, хотя в этой популяции могут быть и продукты неизвестных взрывов. Поляриметрические измерения «Хэйстэка» показывают, что частицы КМ из этой популяции имеют относительно гладкие и близкие к сферической поверхности, а не изрезанные, которые были бы типичны для продуктов взрывного разрушения. Анализ орбитальных и физических характеристик популяции показывает, что эти объекты могут быть десятками и сотнями тысяч капель диаметром 0,6_2,0 см натрий-калиевого охладителя, вытекающего из нефункционирующего реактора российского КА системы морской космической разведки и целеуказания RORSAT [Kessler et al., 1995; Stansbery et al., 1995].

 

Гораздо меньше наблюдений, свидетельствующих о возможных источниках других концентраций КМ, не предсказанных моделями. Таких, например, как концентрация КМ, обнаруженная «Хэйстэком» на наклонениях 25…30°. Это другой район, в котором наблюдалось очень мало разрушений [Kessler, 1993].

 

LDEF Распределение космического мусора. Часть III
Космический аппарат LDEF выглядит как школьный автобус, но по сути является сверхсовременной экспериментальной лабораторией

В ОКП существуют весьма многочисленные популяции мелкого КМ (размером < 1 см и < 1 мм). О их наличии мы узнаем из анализа возвращаемых на Землю КА (LDEF, PALAPA, Solar Max и др.) и, в значительно меньшей степени ввиду их ограниченности, от активных бортовых датчиков (например, установленных на борту шаттла, ОС «Салют», «Мир», КА LDEF, 91 EURECA). Но все эти данные пришли с высот менее 600 км. Можно только предполагать, что на больших высотах из-за малого влияния атмосферы плотность частиц размером менее 1 мм должна возрастать с высотой.

 

Образование мелких техногенных частиц, так же как и среднеразмерных, связано либо с выводом и функционированием КА (окись алюминия и т. п.), либо с разрушениями крупных КО (взрывы, столкновения, старение поверхности). Продукты выхлопа твердотопливных двигателей имеют приблизительно сферическую форму и диаметр в среднем 10 мкм. Возмущающие силы действуют на мелкие частицы еще интенсивнее. В частности, из-за, как правило, большего отношения A/M у мелкого КМ, последний существенно подвержен воздействию давления солнечной радиации и сопротивления атмосферы. Анализ показывает, что менее 5 % окиси алюминия остаются на орбитах не больше одного года [Muller, Kessler, 1985], тогда как крупные продукты разрушений могут находиться в космосе годами.

 

061212 1819 34 Распределение космического мусора. Часть III

Рис. 16. сравнение выхода фрагментов различных размеров в результате взрыва и сверхзвукового столкновения

 

Продукты разрушений по размерам охватывают все диапазоны (крупный, среднеразмерный, мелкий) и имеют значительное разнообразие форм. Различные виды разрушений характеризуются и разным соотношением образующихся крупных, мелких и среднеразмерных осколков (см., рис. 16, где сравнивается выход фрагментов различных размеров в результате взрыва и сверхскоростного столкновения КО). Предполагается, что мелкие осколки в момент образования характеризуются более широким диапазоном векторов начальных скоростей, чем крупные и среднеразмерные и столь же широким диапазоном начальных и эволюционирующих орбит.

 

В [Orbital___, 1995] приведен краткий обзор результатов экспериментов с LDEF. Подробный же отчет о результатах обследования поверхности этого КА содержится в выпущенном НАСАНациональное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration) — агентство, принадлежащее федеральному правительству США, подчиняющееся непосредственно вице-президенту США и финансируемое на 100 % из государственного бюджета, ответственное за гражданскую космическую программу страны. Все изображения и видеоматериалы, получаемые НАСА и подразделениями, в том числе с помощью многочисленных телескопов и интерферометров, публикуются как общественное достояние и могут свободно копироваться. трехтомнике [LDEF_, 1993]. Измерения, полученные от активных датчиков с борта LDEF в первый период его полета (1984-1990), впервые указали на высоко динамичную природу популяции мелкого КМ. Это было подтверждено также экспериментом с КА HITEN [Munzenmayer et al., 1993]. Эксперимент с космической пылью [Mulholland et al., 1991] был единственным экспериментом в программе LDEF, в котором измерялось время удара. Оказалось, что большинство ударов было связано со скоплениями КМ. Это, конечно, не могла бы показать миссия с пассивными датчиками.

 

Эксперимент поучительный, так как продемонстрировал, что именно регистрация времени ударов открывает возможность отследить динамику популяции среднеразмерного и мелкого КМ. Если бы на пути этих потоков оказались бы СН, работающие в парковом режиме, они отметили бы увеличение интенсивности потока КМ на 3…5 порядков в течение нескольких минут. В процессе полета LDEF эти скопления обнаруживались снова и снова приблизительно в одной и той же точке орбиты LDEF, которая медленно перемещалась с характерной скоростью прецессии орбиты, что позволило вычислить параметры орбит скоплений КМ. Существование таких скоплений указывает на то, что в предыдущем, пассивном эксперименте с LDEF измеренный им, сильно усредненный за 6 лет полета интегральный поток КМ на самом деле мог быть очень зависимым от времени, особенно для мелкого КМ, из которого эти скопления преимущественно состояли.

 

Результаты экспериментов с LDEF заставили задуматься над возможными источниками образования обнаруженных роев КМ. Выдвигалось предположение, что они состоят из окиси алюминия — продукта работы твердотопливного реактивного двигателя. Однако такие частицы быстро сходят с орбиты, т. е. не могут существовать несколько месяцев. Дональд Кесслер предположил, что отработавшая ступень РН могла медленно испускать остатки пылевидных частиц и тем самым сформировать долго живущие скопления [Kessler, 1993]. Другим возможным источником могли быть кусочки краски, эродировавшие под действием атомарного кислорода с поверхности КО на высокоэллиптической орбите. Уже в другой своей работе Д. Кесслер показал, что для образования такого скопления КМ, какой наблюдался LDEF, требуется расход менее 1 г краски в год с поверхности КА или РН [Kessler, 1990]. Высказывалось также предположение, что наблюдавшиеся рои — продукты неизвестных разрушений. В работе [Potter, 1993] было показано, что малые частицы, образовавшиеся в результате сверхскоростных столкновений среднеразмерных и крупных КО, могут создавать скопления КМ с распределением размеров, аналогичных тому, который был у обнаруженных LDEF.

 

Все это очень интересно, но объективный вывод неутешительный: объем измерений малоразмерных частиц (<< 1 см), который к тому же удалось получить только на низких высотах, настолько незначителен, что нет оснований делать какие-либо выводы относительно распределения мелкого мусора по высотам. Кроме того, на самых низких орбитах, вследствие кратковременного орбитального существования КО в этой области, среда очень динамична и претерпевает существенные изменения в самый короткий период времени. Таким образом, для объективного описания малоразмерной популяции КМ в настоящее время недостаточен не только объем необходимых измерений, но и частота их обновления.

 

Наши знания о популяциях мелкого и среднеразмерного КМ составлены, главным образом, путем экстраполяции с использованием незначительного объема измерений и далеко не совершенных моделей. Улучшить модели помогло бы выяснение источников образования мелкого и среднеразмерного КМ.


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


Найти на unnatural: Распределение космического мусора Часть
Автор: admin | 16 Июнь 2012 | 414 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