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».

Хотите отправиться в кругосветное путешествие? Тогда Вам просто необходимо выучить самый распространенный язык на нашей планете – английский. Курсы английского языка в киеве помогут Вам в этом, и уже после нескольких занятий Вы сможете бегло разговаривать на английском.
Для того чтобы записаться на курсы посетите сайт americanenglish.ua.

МКС за время своего существования породила множество сопутствующего КМ, из которого около 70 фрагментов было каталогизировано. Это и потерянные камеры, стаканы, сумка с инструментами, а 117 также намеренно выброшенное за ненадобностью оборудование и другие предметы — в среднем 10 объектов в год. Это не считая более мелкого КМ. К счастью, он существовал на орбите не более 15 месяцев [Aksenov et al., 2010; Johnson, 2009].

Американские шаттлы, находясь на орбите, совершили до 2008 г., по крайней мере, восемь раз маневр уклонения от столкновения [Ailor, 2008]. Причем в конце ноября 1991 г., когда на угрозы со стороны КМ практически не обращали внимания, шаттл миссии STS-44 настолько приблизился к опасному коридору полета советской отработавшей ступени РН, что был вынужден совершить маневр уклонения, запустив сразу два маневровых двигателя на 7 с.

Шаттлы неоднократно подвергались ударам частиц размером более 1 мм. В первых 33 полетах они получали повреждения черепичного покрытия снизу. Несколько термозащитных иллюминаторов пришлось заменить из-за повреждений. В 1983 г. во время миссии STS-7 удар всего лишь кусочка краски размером 0,2 мм при относительной скорости 3…6 км/с привел к образованию 4-мм кратера в иллюминаторе корабля, и его также пришлось заменить.

При осмотре иллюминатора № 6 миссии STS-50 был обнаружен кратер диаметром 1 мм от удара частицы размером 100.150 мкм (рис. 22). Химический и спектральный анализ показал, что этот след оставил продукт работы твердотопливного двигателя состава Al₂O₃ [Jackson, Bernhard, 1997].

Рис. 22. кратер на иллюминаторе шаттла миссии STS-50 от удара частицы, выброшенной из сопла твердотопливного двигателя

В июне 1999 г. шаттл «Дискавери» (миссия STS-96) осуществил первую стыковку с МКС. Послеполетная инспекция выявила множество повреждений, 64 из которых были исследованы очень тщательно специальными методами (рис. 23). Размер кратеров колебался от 0,125 до 4,0 мм. На иллюминаторе командного отсека выявлено 50 повреждений. Материал КМ, вызвавшего эти повреждения, включал кусочки краски (50 %), алюминий (40 %) и нержавеющую сталь (10 %). На панелях радиатора и гибком изоляционном поверхностном слое обнаружено 12 следов от ударов КМ и метеороидов. В кратерах обнаружены частицы краски и алюминия [Kerr, 2000].

Рис. 23. Повреждение на иллюминаторе кабины шаттла миссии STS-97 от удара частицы из нержавеющей стали [ISS Space…, 2001]

Послеполетное обследование шаттла «Дискавери» (миссия STS-114) выявило 41 след от ударов микрометеороидов или КМ. 14 ударов пришлись на лобовые иллюминаторы модуля экипажа. Повреждено пять окон из восьми. Самый крупный кратер обнаружен на окне № 4. Его размер — 6,6×5,8 мм. Он был вызван ударом частицы диаметром 0,22 мм. Окно пришлось заменить.

Радиаторы дверей отсека полезного груза выдержали 19 ударов КМ. Один из ударов вызвал перфорацию в лицевом щите диаметром 0,61 мм.

Размер частицы, виновной в этом, оценен в 0,4 мм. На внешнем покрытии двери обнаружено повреждение размером 5,8×4,5 мм [Hyde et al., 2006].

Рис. 24. Пробоина и трещина на панели радиатора шаттла миссии STS-115

После возвращения из полета шаттла STS-115 в космическом центре Кеннеди при обследовании правого борта была обнаружена крупная пробоина на 4-й панели радиатора двери грузового отсека [Hyde et al., 2007]. Диаметр пробоины — 2,74 мм. Рядом с пробоиной — трещина длиной 6,8 мм (рис. 24). Надо отметить, что после каждого возвращения шаттлов НАСА проводила тщательный лабораторный анализ повреждений, полученных от ударов КМ [Hyde et al., 2010].

Рис. 25. Повреждение панели радиатора шаттла «Эндевор» миссии STS-118 к МКС

Рис. 26. Повреждение термозащитного одеяла под панелью радиатора

В августе 2007 г. во время полета шаттла «Эндевор» миссии STS-118 к МКС были пробиты насквозь задняя левосторонняя панель радиатора системы охлаждения. Толщина панели радиатора составляла 12,7 мм.

Размер входного отверстия от удара — 7,4×5,3 мм (рис. 25). Ударившийся КО разрушился при ударе, его осколки нанесли множественные повреждения вокруг основного отверстия. Пробившие панель частицы повредили затем и термозащитное одеяло (рис. 26). Послеполетный анализ показал, что столкнувшийся с шаттлом элемент КМ состоял из титанового сплава со следами цинка и имел размер от 1,5 до 2 мм [Lear et al., 2008].

В ноябре 2008 г. во время полета шаттла «Эндевор» миссии STS-126 к МКС от удара частицы КМ на иллюминаторе образовался кратер размером 12,4×10,3 мм глубиной 0,63 мм. Это был наибольший кратер из всех, обнаруженных на иллюминаторах шаттлов (рис. 27) [Herrin et al., 2009].

Рис. 27. Крупный кратер на иллюминаторе шаттла «Эндевор» миссии STS-126

В результате послеполетной инспекции шаттла «Дискавери» STS-128 было обнаружено 14 следов ударов на иллюминаторах кабины команды, 16 на переднем срезе крыла и носовой поверхности, 21 на панели радиаторов контура охлаждения. Среди них был кратер, представляющий особый интерес. Он оказался не самым крупным, но находился в стратегически важной точке — на алюминиевой защитной пластине, непосредственно прикрывающей трубы контура охлаждения электронного оборудования. Если бы не эта пластина, была бы пробита труба и произошла утечка фреона. В этом случае шаттл должен был приземлиться в течение 24 ч. Кстати, последующее моделирование подтвердило, что без защитной пластины контур охлаждения был бы пробит. [Christiansen et al., 1993; Orbital., 2010] (рис. 28, 29). Подробно история повреждений поверхности шаттлов с 1992 по 2000 г. изложена в [Hyde et al., 2000].

Есть и военные аспекты последствий техногенной засоренности ОКП. Во-первых, в результате столкновений с КМ КА военного ведомства уже несут ощутимый ущерб, как это было с очень дорогим экспериментальным кА минобороны Франции CERISE в 1996 г. Довольно часто происходят сбои в работе военных спутников, которые операторы затрудняются объяснить. В конце концов, большинство экспертов склоняется к версии столкновения с КМ.

Во-вторых, незарегистрированное (недоказанное, «неофициальное») столкновение военного КА с элементом КМ, приведшее к внезапному прекращению его функционирования или выходу из строя хотя бы части его аппаратуры, может быть воспринято как нападение и спровоцировать военный конфликт со всеми вытекающими последствиями.

Рис. 28. Кратер от удара КМ в защитную пластину контура охлаждения

Рис. 29. 4-миллиметровый кратер от удара кусочка краски 0,2 мм в иллюминатор шаттла

В-третьих, с военной точки зрения, популяция КМ представляет собой мощную неуправляемую орбитальную группировку, которая представляет значительную опасность для функционирования не только национальных и зарубежных космических аппаратов, но и наземных объектов военного назначения.

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

Справиться с любыми типами загрязнений Вам поможет чистящее средство чистящее средство L.O.C. от компании Amway.
Данное чистящее средство, выпускаемое с 1959 года, нашло свое применение не только в быту, но так же в косметологии и медицине.
Получить более полную информацию по Liquid Organic Cleaner Вы сможете на сайте www.chel-life.ru.

В значительно меньшей степени вероятность столкновений зависит от наклонения орбит. Демпфирует эту зависимость тот факт, что две круговые орбиты с одинаковыми высотами пересекаются дважды за виток независимо от их наклонения. Более детальный анализ зависимости вероятности столкновений от наклонения [Kessler, 1981b] указывает на то, что она возрастает до максимального значения для объектов, движущихся по орбитам с комплементарными наклонениями. Например, КО на орбите с i = 80° имеет большую вероятность столкнуться из-за большого количества солнечно-синхронных орбит с наклонениями 100° с объектами на этих орбитах. Аналогично, КО с наклонением орбиты 100° имеет наибольший шанс столкнуться с КО на орбите с i = 80°. Так как орбит с наклонением более 120° очень мало, то КО с наклонением менее 60° свойственна меньшая вероятность столкновения.

Вероятность столкновения КО на высокоэллиптических орбитах сильно изменяется вдоль их траектории. ВЭКО типа «молния» почти не встречают потоков КМ на своем пути, лишь на короткое время погружаются в своем перигее в густо населенную область низких орбит. Они никогда не пересекают ГСО, а из-за значительных изменений высоты перигея все больше погружаются в область низких орбит, что сравнительно быстро приближает время завершения их орбитального существования.

КО на переходных эллиптических орбитах (GTO) периодически «ныряют» как в область низких орбит (в районе перигея на каждом витке), так и в область ГСО (в районе апогея, когда прецессия орбиты заставляет проходить через ГСО). Последнее происходит гораздо реже, и это хорошо, так как они проходят через ГСО на скорости около 2 км/с, что много больше типичной скорости столкновений на ГСО.

Прогноз роста количества столкновений крупных НОКО (крупнее 10 см), усредненный по 100 прогонам модели НАСА LEGEND

Чтобы убедиться, что вероятность столкновений крупных КО прогрессивно растет, необязательно ее рассчитывать. Достаточно посмотреть рост числа столкновений каталогизированных КО на рисунке выше, отображенный сплошной черной кривой (до 2011 г.). График построен на основе не расчетных, а свершившихся событий.

Как следствие опасности столкновений, действующим КА все чаще приходится прибегать к маневрам уклонения. Например, в 2009 г. только КА, контролируемым НАСА, пришлось совершить восемь маневров [Avoiding…, 2010]:

Последствия техногенного засорения ОКП ярко проявились в функционировании международной космической станции, которая в 2010 г. отпраздновала 10-летие непрерывного полета в пилотируемом режиме (рис. 20, 21).

Рис. 20. Последняя (предстартовая) конфигурация МКС (без солнечных панелей). Всего 90 000 элементов. Группы элементов образуют модули. Модули формируют полную сборку МКС и определяют ее поверхность [Lear, Christiansen, 1999]

Только в 2008 г. было зафиксировано 246 опасных сближений МКС с элементами КМ, в том числе 41 — в так называемой «красной зоне» (крайне опасной, когда вероятность столкновения оценивается выше 0,0001).

Ракета-носитель «Пегас»

Свой первый маневр ухода станция совершила 26 октября 1999 г. В ожидавшемся сближении МКС с отработавшей верхней ступенью РН «Пегас» вероятность столкновения составляла 0,003, что намного выше «красного» предела. Для ухода от столкновения нужно было «поднять» МКС, увеличив ее скорость на 1 м/с. Совместными действиями московского и хьюстонского ЦУПов станция была переориентирована. Включением двигателя российского модуля «Заря» на 5 с за 18 ч до максимального сближения ее орбита была изменена. Вместо рассчитанного промаха в 1 км оба КО прошли один мимо другого на расстоянии 140 км [ISS Performs…, 2000].

Рис. 21. Международная космическая станция

МКС вынуждена совершать маневры ухода от столкновений с КМ в среднем пока один раз в год.

После взрыва ИСЗ «Космос-2421» в марте 2008 г. орбиты некоторых его осколков стали пересекать траекторию МКС [The Multiple…, 2008]. 27 августа один из фрагментов должен был пролететь в непосредственной близости от станции (расчетный промах — 1,6 км, вероятность столкновения 1/72). В это время к МКС был пристыкован европейский межорбитальный модуль «Жюль Верн». С его помощью и был совершен маневр уклонения [ISS Maneuvers…, 2008].

Модуль «Звезда» с пристыкованным к нему космическим аппаратом «Прогресс»

26 октября 2010 г. МКС опять была вынуждена «уходить» от столкновения с крупным обломком американского ИСЗ UARS. За 10 дней до входа этого обломка в атмосферу объединенный центр космических операций Стратегического командования США (JSpOC) и ЦУП НАСА рассчитали, что 26 октября этот обломок недопустимо близко пройдет около МКС (может столкнуться с ней с вероятностью выше «красного порога»). За два часа до предельного сближения, после подтверждения превышения предельного риска столкновения, был осуществлен небольшой маневр скоростью (+0,4 м/с), выполненный с помощью транспортного корабля «Прогресс-07м», пристыкованного к кормовому порту модуля «Звезда» [International…, 2011b].

20 апреля 2011 г. уже в пятый раз за последние 2,5 года МКС совершила очередной маневр ухода от столкновения. На этот раз виновником оказался обломок размером 15…20 см ИСЗ «Космос-2251», образовавшийся в результате его столкновения с американским «Иридиум-33». Когда за несколько часов до сближения расчетная вероятность столкновения с МКС превысила «красный порог», был совершен маневр уклонения с помощью европейского межорбитального модуля ATV-2, изменившего скорость движения МКС на 0,5 м/с. Это был 12-й маневр уклонения МКС, проведенный с октября 1999 г. До 2008 г. все маневры имели целью уход от столкновения с целыми КА и ступенями РН. Последние пять маневров — уклонение от фрагментов разрушений [International…, 2011a].

До сих пор МКС удавалось уходить от столкновений, совершая маневр уклонения. В дальнейшем в связи с учащением опасных сближений на это может не хватить энергетического ресурса станции. Кроме того, невозможно предсказать сближение с малоразмерными, не каталогизированными КО, которые так же крайне опасны для МКС. Уже неоднократно экипажу МКС объявлялась аварийная готовность к экстренной эвакуации ввиду возможного столкновения с КМ.

Старт корабля «Союз ТмА-13»

Так, 12 марта 2009 г. космонавты были вынуждены временно переселиться со станции в эвакуационный корабль «Союз ТмА-13» с готовностью к расстыковке с МКС и возвращению на Землю. Причина была в болванке размером 13 см, двигавшейся по орбите 145×4230 км, которая пролетала в крайне опасной близости от МКС. Быстро меняющаяся орбита болванки (из-за очень низкого перигея) привела к большому запаздыванию оценки степени опасности и не оставляла времени на организацию маневра.

В конце июня 2011 г. расчетная вероятность столкновения с другим не каталогизированным, но наблюдаемым обломком оказалась равной 0,003 (расчетный промах 725 м). Из-за быстрого изменения эллиптической орбиты обломка было недостаточно времени на расчет и осуществление маневра ухода. По тревоге 28 июня космонавты переместились в пристыкованные тогда два транспортных корабля «Союз», на которых в случае столкновения должны были вернуться на Землю. К счастью, обломок пролетел мимо, не задев МКС, и команда вернулась на борт станции [International…, 2011a].

Спустя десятилетие после запуска можно считать, что МКС выдержала испытание временем и космическим мусором. Из первоначальной 20-тонной конструкции она превратилась в 300-тонный гигант со всеми вытекающими отсюда последствиями. Естественно, ввиду нынешних размеров она стала более уязвимой мишенью для КМ. Поверхность МКС никогда не была обследована полностью. Тем не менее, уже зарегистрирован большой объем повреждений от сверхскоростных ударов КМ. Кроме обычных и типичных следов ударов на больших по площади солнечных панелях, обнаружено множество кратеров, царапин, эрозий на иллюминаторах, поручнях, термопокрытиях, радиаторах, стыковочных портах и т. д.

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

Замучили проблемы с желудком? Тогда Вам стоит знать, что кефир положительно влияет на всю микрофлору вашего организма, способен восстановить кислотно-щелочной дисбаланс и является действенным средством для борьбы с болезнетворными микробами.

Однако этот кисломолочный продукт из магазина не будет обладать теми же лечебными свойствами, что и тот, который Вы приготовите сами из заквасок Vivo, приобрести которые можно на сайте zakvaski.com.

Экипажи шаттла миссий STS-122 и STS-123 при внешнем осмотре МКС обнаружили целый ряд повреждений от ударов КМ [Hyde et al., 2008] (рис. 12).

В апреле 2010 г. экипажем шаттла (миссия STS-131) были доставлены для лабораторного анализа на Землю две защитные алюминиевые панели переходного шлюза МКС после почти девяти лет их пребывания в космосе. Размер каждой панели — 1,3×0,84 м, толщина —0,02 м. На них обнаружено 58 кратеров от ударов КМ (24 на одной и 34 на другой) размером от 0,3 мм и более. Самый большой кратер имел размер 1,8 мм. В кратерах обнаружены частицы силикагласса и тефлона. Возможно, это вторичные удары осколков от солнечных панелей, поврежденных КМ.

Шаттл «Дискавери»

В 1990 г. на орбиту с помощью шаттла «Дискавери» (миссия STS-31) был выведен телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST), предназначенный для наблюдения электромагнитного излучения, для которого земная атмосфера непрозрачна прежде всего в инфракрасном диапазоне (рис. 14). Конструкция телескопа довольно защищенная. По расчетам Института космических телескопов ее соударения с КМ размером 5 мм и более должны происходить один раз в 17 лет, а с более мелким, конечно, гораздо чаще. При этом 40 % конструкции, включая солнечные батареи, могли получить лишь незначительные повреждения [Portree, Loftus, 1999].

Рис. 14. Телескоп ««Хаббл»» космического базирования

В течение длительного функционирования телескопа он многократно подвергался ударам КМ. Естественно, к нему периодически направлялись команды специалистов для осмотра и проведения ремонтных работ.

Рис. 15. Распределение количества ударов элементов КМ в оборудование космического телескопа «Хаббл» по размерам (от 1 мм до 5 см) за семь лет полета

Ремонтная бригада космонавтов, прибывшая на межорбитальном корабле через семь лет полета «Хаббла», насчитала 511 следов от ударов частиц КМ размером от 1 мм до 5 см. На рис. 15 представлена гистограмма распределения количества ударов в обшивку и внешнее оснащение телескопа по размерам столкнувшихся с ним частиц [Ailor, 2008]. Из нее видно, что чаще всего случались столкновения с КМ размером от 1 мм до 1 см. Чем крупнее частицы КМ, тем реже столкновения с ними. Однако не следует думать, как может показаться из гистограммы, что столкновения с частицами мельче 1 мм происходили редко. Просто следы от очень мелкого мусора не вошли в выборку, по которой она строилась (рис. 16).

Рис. 16. Пробоины от ударов мелких частиц на поверхности HST, выявленные с помощью снимков Скотта Келли и измеренные в лаборатории НАСА

В июне 2007 г. во время специального осмотра экипаж МКС доложил 109 о повреждении от удара КМ на блоке радиатора термозащитного покрытия российского модуля «Заря», охарактеризовав его как похожее на пулевое отверстие (см. рис. 10 и 11). Размеры разрыва наружного слоя — 6,7×3,3 см, отверстий в нижних слоях многослойного «одеяла» — приблизительно 1,0×0,85 см. Последующий лабораторный анализ показал, что подобное повреждение мог нанести КО размером от 0,2 до 0,3 см, атаковавший модуль почти вскользь (~70° от нормали к поверхности покрытия) на скорости менее 6 км/с [Christiansen et al., 2007].

Рис. 13. одно из повреждений МКС на поручне D

Одно из повреждений на алюминиевом D-образном поручне (рукоятке) довольно сильное. Это кратер диаметром около 5 мм. Кроме того, на противоположной стороне от ударной волны образовался скол. Все это хорошо видно на рис. 13 [Hyde et al., 2008].

Рис. 17. В центре — радиатор камеры 2, возвращенный на Землю. Снимок сделан из грузового люка шаттла «Атлантис», пристыкованного к HST

Рис. 18. крупный план радиатора

В мае 2009 г. командой шаттла «Атлантис» миссии STS-125 был снят с телескопа и возвращен на Землю радиатор (размером 2,2×0,8 м) широкоугольной камеры (радиатор был экспонирован в космосе с 1993 г.). Ввиду относительно большой площади его поверхности и значительного времени экспозиции, он может служить уникальным интегральным детектором ударов микрометеоров и КМ в области высот 560…620 км. Послеполетный анализ поверхности с помощью цифрового микроскопа выявил 685 кратеров от ударов частиц размером 300 мкм и крупнее [Liou and team, 2010]. Расположение радиатора на космическом телескопе показано на рис. 17 и 18 [MMOD…, 2009]. На рис. 18 красными кружками помечены повреждения, обнаруженные еще в инспекционной миссии 2002 г., зелеными — новые кратеры, выявленные в 2009 г.

После первых 10 лет работы телескопа «Хаббл» в антенне КА обнаружили дыру размером около 2 см от удара КМ. Во время миссии STS-103 в 1999 г. был произведен осмотр поверхности HST с фотографированием отдельных участков. Астронавт Скотт Келли сделал 99 снимков специальной камерой через иллюминатор из кабины корабля. Впоследствии исследователи выбрали для подробного анализа 571 след от ударов КМ и микро-метеороидов. Наибольшее отверстие имело размер 2…3 мм, а большинство пробоин — от 1 до 2 мм. Вокруг каждой пробоины образовалась вмятина вдвое большего диаметра [New Report…, 2002; Survey…, 2002].

Примеры повреждений показаны на рис. 16. Наибольшая плотность ударов на обследованной в этой миссии поверхности HST составила 45 ударов на квадратный метр. Это кумулятивный результат за 10 лет полета HST.

То, что удалось вернуть с HST (и не только с него), обычно тщательно исследуется в наземных лабораториях [Anz-Meador, 2011; Klinkrad, Stokes, 2006; Opiela et al., 2010].

Расплывающийся тороидальный пучок орбит осколков от разрушения ИСЗ «Фенгюн-К» с интервалом шесть месяцев

В результате взрыва или столкновения образуется во много раз больше осколков, чем при любом другом событии в космосе. Эти осколки занимают все более расширяющийся спектр орбит, которые постепенно группируются в тороидальное облако, трансформирующееся тем стремительнее, чем больше разброс начальных векторов скоростей фрагментов. Все это можно видеть на примере разрушения китайского КА «Фенгюн-1С» (см. рис. выше).

Характерная черта засорения ОКП — постоянное возрастание вероятности столкновений и их катастрофичности даже при небольших размерах частиц мусора (из-за гигантских относительных скоростях во время столкновения). Например, алюминиевый шарик массой в 1 г, движущийся со скоростью 10 км/с, несет такую же разрушительную силу, что и 160-килограммовый сейф, летящий со скоростью 100 км/ч [Interagency Report…, 1995; Report…, 1989].

Высокая вероятность столкновения функционирующих КА с элементами КМ вынуждает конструкторов прибегать к весьма дорогостоящей защите — бронированию корпуса КА и выведению в космос значительно большей массы, чем это необходимо для выполнения целевой задачи. При этом дополнительная масса сама в конце концов становится вкладом в КМ.

Но бронирование может спасти только от столкновения с мелким КМ (<< 1 см). Что же касается крупного, то здесь никакая броня не поможет. Известны многочисленные факты потери дорогостоящих КА в результате столкновений в космосе. Например, французского CERISE, американского «Иридиум-33».

Вероятность столкновения в космосе — очень растяжимое понятие: оно имеет смысл лишь при задании эпохи, интервала времени, размеров и формы КО, параметров их орбит и т. д. Например, вероятность столкновения КО диаметром 10 м с каталогизированным КО (т. е. размером более 10 см) на высотах 800…1000 км в течение 1997 г. составляла 0,0004, а в 2000 г. — уже 0,01! На высоте 400 км эта вероятность в пять раз меньше.

Рис. 19. Распределение потока Ноко по высоте (по данным Kaman Sciences Corporation)

На рис. 19 [Orbital___, 1995] показано изменение потока каталогизированного КМ в области низких орбит в зависимости от высоты. Но при этом не учитывался некаталогизированный КМ, а наблюдения «Хэйстэка» показали, что распределение КО размером порядка 1 см аналогично распределению крупного КМ в значительной части области низких орбит. Например, на типичной для шаттла и МКС высоте 300 км поток как крупного, так и среднеразмерного КМ в 50 раз меньше, чем на 113 высоте 1000 км. Причем на этих высотах вероятность столкновения изменяется более чем в два раза, в зависимости от уровня солнечной активности.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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

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».

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».

По данным ВВС США, на Землю ежегодно падает до 150 объектов, входящих в каталог околоземного космического мусора

Несмотря на то, что некоторые аспекты последствий техногенной засоренности ОКП начали проявляться уже на довольно ранних этапах освоения космоса, у широких кругов общества, включая ученых, осознание этой опасности возникло с большим опозданием.

Ущерб для экологии Земли и ОКП — пространства деятельности человека. Техногенный мусор в ОКП — это принципиальное экологическое изменение околоземной среды, нарушение ее первозданной чистоты, которое неумолимо прогрессирует. Вследствие накопления мелкой фракции КМ снижается прозрачность околоземной среды, что давно уже заметили астрономы-наблюдатели, столкнувшись с создаваемыми КМ помехами астрономическим наблюдениям, особенно с длительными экспозициями [Interagency Report…, 1995; Orbital___, 1995; Report…, 1989]. Неуклонно нарастающая засоренность ОКП постепенно, но все больше и больше нарушает сложившийся за миллионы (если не за миллиарды) лет баланс свето- и теплообмена Земли с внешней средой. Это явление можно считать первым, причем зловеще устремленным в будущее, последствием техногенного засорения ОКП. Следует также помнить, что попадающие на земную поверхность при запусках КА компоненты топлива, например, гептил (горючее жидкостных ракетных двигателей), сильнейший канцероген. При неудачных запусках, процент которых довольно высок, разливы гептила бывают катастрофическими.

Вот лишь малая часть того, что свалилось из космоса на поверхность нашей многострадальной планеты за последние 40 лет

Падение КО и их обломков на Землю. Наиболее популяризированное средствами массовой информации последствие засорения ОКП, также имеющее непосредственное отношение к экологии Земли, — падение на Землю фрагментов КО после их вхождения в плотные слои атмосферы.

Российская межпланетная станция «Марс-96»

Такие события случались неоднократно и вызывали мощный международный резонанс. Достаточно вспомнить падение на Землю обломков ИСЗ «Космос-954» с радиоактивными материалами на борту в 1978 г.; американской космической лаборатории «Скайлэб» в 1979 г.; ИСЗ «Космос-1402» (с бортовым ядерным реактором) в 1983 г.; орбитального комплекса (ОК) «Салют-7» — «Космос-1686» в 1991 г.; транспортного корабля «Прогресс М-17» в 1994 г.; ИСЗ «Космос-398» в 1995 г.; китайской спускаемой капсулы FSW 1-5 и российской межпланетной станции «Марс-96» в 1996 г. Наконец, наделавшее много шума затопление огромной орбитальной станции «Мир» в марте 2001 г.

Момент взрыва шаттла «Колумбия»

Одним из последних событий этого ряда была катастрофа запущенного 16 января 2003 г. американского шаттла «Колумбия», случившаяся за 16 мин до предполагаемой посадки. Первоначально причиной гибели корабля посчитали нарушение теплозащитного покрытия носка левого крыла вследствие удара оторвавшегося при старте от топливного бака куска пенопласта. Однако, по сообщению Associated Press, НАСА в дальнейшем отказалось от этого предположения. Руководитель программы шаттлов Рон Диттмор (Ron Dittemore) официально заявил, что «члены комиссии тщательно изучили видеозапись столкновения шаттла с осколком изоляции (весом около 1,1 кг), после чего пришли к выводу, что это происшествие не могло послужить причиной катастрофы. Даже удвоив в расчетах скорость объектов во время удара, инженеры пришли к выводу, что обломок не мог нанести «Колумбии» сколько-нибудь серьезных повреждений».

Диттмор добавил, что теперь специалисты предполагают, что произошло еще какое-то событие, ставшее роковым для космического челнока».

Со своей стороны добавим, что, если бы повреждение от удара пенопласта было действительно серьезным, это проявилось бы при наборе «Колумбией» высоты, во всяком случае, датчики сигнализировали бы перегрев.

Что же это за «еще какое-то событие, ставшее роковым»? Вполне возможно, за 17 дней полета в космосе шаттл мог претерпеть столкновение с КМ.

Советский искусственный спутник Земли «Космос-954»

Одним из первых в истории космической деятельности опаснейшим прецедентом стало падение на Землю ИСЗ морской космической разведки и целеуказания «Космос-954» серии РоРСАТ с бортовым реактором, спутник был выведен на низкую орбиту 18 сентября 1977 г. бортовая энергетическая установка предназначалась для электропитания мощного радара, ориентированного на Землю. Орбита регулярно корректировалась с целью ее подъема. Когда топливо для коррекций почти закончилось, было решено отправить реактор на более высокую орбиту захоронения со временем существования 300…1000 лет.

Радиоактивное топливо в реакторе имело период полураспада 70 лет. Однако реактор отделить не удалось, и КА вместе с ним и 30 кг обогащенного урана 24 января 1978 г. вошел в плотные слои атмосферы. Радиоактивные обломки разбросало на огромной (площадью порядка 800 км²), к счастью малонаселенной, территории Канады в районе Великих озер. Радиоактивные бериллиевые контейнеры были обнаружены поисковой командой Канады. Очистка территории от радиоактивного загрязнения обошлась Канаде 14 млн. дол. В соответствии с конвенцией об ответственности 1972 г. Канада потребовала возмещения ущерба в сумме 6 млн. дол. СССР, в конце концов, заплатил три.

Американская космическая лаборатория «Скайлэб»

Вскоре после этой драматической истории внимание общественности сосредоточилось на входе в атмосферу американской «летающей лаборатории» «Скайлэб», которая прекратила существование над Австралией 11 мая 1979 г. опять-таки к счастью, область падения обломков оказалась малонаселенной.

Время и место падения и «Космоса-954», и «Скайлэб» точно предсказать не удалось.

На рис. 1-7 [Ailor, 2008] показаны достигшие поверхности Земли фрагменты сошедших с орбиты космических объектов, найденные в самых разных частях света.

Рис. 1. обнаруженные в Таиланде в 2005 г. обломки топливных баков

Рис. 2. Фрагмент 3-й ступени РН «Дельта» (60 кг, Аргентина, 2004 г.), которая вывела на орбиту американский GPS «Навстар-35». Это титановый кожух твердотопливного двигателя STAR-48B [Rocket…, 2004].

Рис. 3. Фрагмент 3-й ступени РН «Дельта» (56 кг, Саудовская Аравия, 2001 г.)

Рис. 4. 70-килограммовый главный титановый кожух твердотопливного двигателя верхней ступени РН «Дельта», найденный в 240 км от Эль-Рияда [PAM-D Debris…, 2001]

Рис. 5. Обломки 2-й ступени РН «Дельта» (окрестности Кейптауна, 2000 г.)

Рис. 6. баллон для сжатого газа РН «Зенит», найденный в штате Колорадо в марте 2011 г.

Рис. 7. Найденный в Австралии кожух твердотопливного двигателя третьей ступени РН «Дельта-2»

С учетом поверхности мирового океана и наличия множества пустынных областей на суше, такая представительная экспозиция обнаруженных обломков КО весьма наглядно говорит о том, что падение крупных фрагментов КО на Землю не такая уж редкость. В будущем частота падений и их опасность для людей только возрастет.

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

Погрузиться с головой в сюжет кинофильма и испытать самые реалистичные ощущения от его просмотра Вы сможете, если посетите 5d кинотеатр.
Если Вы мечтаете стать не зрителем, а участником кинофильма, тогда прямо сейчас перейдите на сайт www.podarki.emprana.ru, где сможете приобрести сертификат на посещение пятимерного кинотеатра.

Итак, даже при самом бережном режиме (принудительно ежегодно удаляются пять крупных КО) на интервале прогноза произойдет 14 катастрофических столкновений, и при всех сценариях количество столкновений будет только возрастать.

Рис. 3. Изменение числа КО и количества столкновений для сценария 1

Модель SPDA [Иазаренко, 2010] дает следующие результаты при прогнозировании состояния засоренности ОКП и изменения количества столкновений на 200 лет. Сценарий 1 — полное прекращение запусков новых ИСЗ и исключение возможности взрывов в космосе. Для такого сценария модель предсказывает через 200 лет снижение количества КО размером более 20 см в два раза, но число их столкновений в год будет монотонно расти в течение этих лет, хотя и с небольшим замедлением за счет диссипативного эффекта у нижней границы области низких орбит. Число же столкновений объектов размером 10…20 см будет увеличиваться еще круче. Именно за счет возрастания числа столкновений будет расти и количество более мелких КО, в частности, количество КО размером от 1 до 2,5 см за 200 лет увеличится почти в пять раз (рис. 3). Это ничто иное как каскадный эффект или его непосредственный предвестник, причем даже в случае самого оптимистического сценария и для крупных КО!

Рис. 4. Изменение числа КО и количества столкновений для сценария 2

Сценарий 2 — запуски новых ИСЗ продолжаются с прежней интенсивностью, взрывы в космосе исключаются (рис. 4). В отличие от первого — рост числа крупных КО (>20 см) продолжится. Через 200 лет их будет в полтора раза больше, чем сейчас. Ежегодное число столкновений представлено уже не выпуклой, а вогнутой функцией (т. е. растет с ускорением), и оно через 200 лет будет почти в 3,5 раза большим, чем для первого сценария. Количество КО размером 10.20 см увеличится более, чем в три раза, мелких КО (<2,5 см) — до 20 раз [Назаренко, 2010]. Экспоненциальный характер роста числа столкновений крупных КО и общего количества мелких КО при весьма умеренном увеличении количества крупных (каталогизированных) КО — уже признак каскадного эффекта.

Итак, анализ результатов работы многих моделей техногенного засорения ОКП подсказывает неутешительный вывод. Если бы единственными добавками к популяции КМ в будущем были запускаемые новые КА и выводящие их на орбиты РН (остающиеся на орбитах по завершении своих миссий), сопутствующий миссиям КМ, продукты деградации поверхности КО и фрагменты взрывов (но не столкновений!), общая популяция КМ продолжала бы свой приблизительно линейный рост. Введение мер по снижению количества взрывов КА и РН и ограничение количества высвобождаемого в полете сопутствующего космическим миссиям мусора может привести к замедлению темпа роста популяции. Но он продолжится, оставаясь линейным. Уплотнение графика запусков ИСЗ приведет к ускорению темпа роста популяции. Столкновения КО, если они продолжатся (а они, без сомнения, продолжатся), потенциально опасны значительным, причем экспоненциальным ростом популяции КМ в будущем.

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

Ученые НАСА называют орбиту нашей планеты гигантской космической помойкой и приводят в подтверждения своих слов это изображение, где желтыми точками изображен весь каталогизированный мусор, обращающийся вокруг Земли

Специалистов всего мира, причастных к изучению и освоению космоса, беспокоит не только текущее состояние ОКП, но и то, что нас ожидает в близком и далеком будущем. Если вникнуть в результаты исследований современного состояния засоренности близкого космоса, и без всяких моделей становится очевидным, что в будущем нельзя ожидать ничего обнадеживающего в этом плане.

Вдумайтесь в следующий факт. С начала космической эры (это более 50 лет) осуществлено более 4700 запусков ИСЗ, и только 10 из них породили одну треть каталога КО. Самое неприятное, что из этой десятки 6 приходятся на последние 10 лет. И это несмотря на постоянные призывы ученых ограничить дальнейшее засорение космоса.

С 1960 г. число каталогизированных КО возрастало почти линейно со средним темпом 220 в год. Так продолжалось до 2007 и 2009 гг., когда случились два события — испытание китайского АСАТа на высоте 850 км и столкновение КА «Иридиум-33» и «Космос-2251», в результате которых каталог пополнился сразу на 5000 новых КО.

Без очищающего действия атмосферы рост популяции КМ был бы еще более впечатляющим. Баланс между процессами образования нового КМ и «поглощения» его атмосферой определяет масштабы и распределение будущей популяции КМ. Этот баланс сильно меняется с высотой орбит. На высотах менее 500 км не стоит ожидать быстрого роста количества КО, а на пиках 11-летних солнечных циклов убыль каталогизированных объектов превышает их прирост. На больших высотах и некоторых высокоэллиптических орбитах попавшие туда КО могут оставаться десятки, тысячи и даже миллионы лет, практически наблюдается только приток КМ.

В США, России, ЕКА, Японии еще с 1980-х гг. начали разрабатывать модели для предсказания изменения состояния засоренности космоса. Эти модели постоянно совершенствуются, и, хотя все они построены при множестве различных допущений (у каждой свои), они, в общем, выполняют схожие операции для предсказания будущих популяций. Для каждого высотного диапазона рассчитывается начальная популяция на основе измерений или моделей текущей популяции. Затем орбиты начальной популяции прогнозируются с использованием детерминированных или статистических методов. При этом некоторые КО удаляются из каждой высотной популяции, другие вводятся (как результат действия возмущающих сил). Как дополнительная вероятность изменения состава популяции учитывается прогноз запуска новых ИСЗ, возможных взрывов и столкновений КО. Если по прогнозу имеет место столкновение или взрыв, включается другая модель — столкновения или взрыва — для оценки последствий. Затем вся процедура повторяется, причем выходные данные первой итерации используются как начальные для второй (т. е. на следующий интервал времени).

Эти модели полезны для прогноза популяции крупного и, в меньшей степени, среднеразмерного КМ. Что касается мелкого, то из-за скудности реальных сведений о его количестве и распределении в пространстве, чрезвычайно трудно оценить текущую популяцию и тем более будущую. Тем не менее, с определенной уверенностью можно утверждать, что:

• количество мелких КО, образующихся в результате разрушений будет увеличиваться с ростом числа столкновений, поскольку при этом образуется огромное количество мелких осколков, что показано и теоретически, и в лабораторных тестах [Potter, 1993];

• количество очень малых частиц на орбитах (таких как мельчайшие фрагменты разрушений, продукты работы твердотопливных двигателей и возрастной деградации поверхностей КО) может быстро и заметно изменяться под сильным влиянием возмущающих сил, так что их популяция в любой момент времени будет очень сильно зависеть от КМ, произведенного за самые последние годы, может быть даже 1_2 года.

На рис. 1 [Liou, 2010] показан полученный с помощью модели LEGEND прогноз техногенной засоренности ОКП на ближайшие 100 лет для нескольких сценариев освоения космоса.

Рис. 1. Прогноз роста количества столкновений крупных НОКО (крупнее 10 см), усредненный по 100 прогонам модели НАСА LEGEND

Верхняя кривая предсказывает резкое увеличение частоты столкновений в случае, если не предпринимать никаких мер по предотвращению засорения ОКП (сценарий 1). Средняя — рост числа столкновений для сценария, в котором 90 % отработавших КА будут удаляться с рабочих орбит (сценарий 2). Нижняя — асимптотически линейный рост числа столкновений при условии полного отказа от дальнейших запусков ИСЗ (сценарий 3). Нелинейный отрезок кривой (сплошной) до 2010 г. — дань накопленному влиянию запусков в предшествующий период. Последняя кривая красноречиво говорит, что, если даже человечество сейчас полностью откажется от космической деятельности, ОКП продолжит засоряться из-за столкновений крупных КО с КМ, причем количество последних продолжит свой рост, по крайней мере, в ближайшие 100 лет.

Рис. 2. Прогноз количества катастрофических столкновений на 200 лет для различных сценариев продолжения освоения космоса

Интересно сравнить представленные на рис. 2 результаты работы той же модели LEGEND (также усредненные по 100 прогонам) для трех других сценариев [Liou, 2011a], в которых регулярные запуски продолжатся, но вместе с тем будут предприниматься довольно жесткие меры по сдерживанию дальнейшего засорения ОКП. Сценарий 4 — на фоне регулярных запусков 90 % отработавших КА уводятся на орбиты захоронения.

Сценарий 5 — кроме мер сценария 4, начиная с 2020 г., ежегодно по два крупных «мертвых» КА принудительно удаляются с орбит. Сценарий 6 — от пятого отличается только тем, что не два, а пять КО принудительно уводятся с орбит. Три верхние кривые учитывают все столкновения, а три нижние (сценарии 7, 8, 9, соответственно) отражают (для тех же сценариев) только катастрофические столкновения (при столкновении на 1 г массы приходится 40 Дж энергии).

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

В этот понедельник орбитальный телескопа НАСА, нацеленный на Солнце, снял нечто, завладевшее умами всех уфологов и паникеров, обитающих на нашей планете

Ученые говорят протуберанец, уфологи – инопланетный космический корабль, посетивший Солнечную систему для дозаправки, но что действительно попало в объектив космического телескопа, доподлинно не знает никто.
Читать дальше>>