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».

Сайт www.webbazar.ru станет вашим верным другом и незаменимым помощником в поиске товаров в интернете. По сути webbazar — это гигантский Интернет магазин с большой буквы, представляющий сотни более мелких! Благодаря этому Вы сможете найти все, начиная от бумажных полотенец и заканчивая сложной вычислительной техникой, в одном месте, не отходя от своего компьютера!

Самый неудоборешаемый вопрос — это поиск путей реального снижения засоренности ОКП. Есть только один физически осуществимый способ — прекратить всю космическую деятельность на несколько миллионов лет. За это время ОКП, хотя и очень медленно, само очистится без нашей помощи. Но человечество генетически неспособно столько ждать, хотя, на наш взгляд, оно и заслужило такое наказание.

Возможные (как реальные, так и пока фантастические) методы снижения и прекращения роста будущей популяции КМ можно разделить на две категории:

• методы, снижающие краткосрочную опасность засорения ОКП;

• методы, позволяющие уменьшить эту опасность в дальней перспективе.

Методы первой категории не направлены на снижение общей массы КМ в ОКП, т. е. не уменьшают общую кинетическую энергию на околоземных орбитах — источник долгосрочной опасности столкновений в ОКП [Kessler, Loftus, 1995]. Эти методы не решают проблему коренным образом, т. е. уменьшения общей массы КО на орбитах, хотя и позволяют замедлить рост опасности КМ. Гораздо важнее уменьшить рост количества столкновений, прежде всего, в низкоорбитальной области. Этой цели служат снятие с орбит крупных КО и перевод на орбиты захоронения крупных НОКО и КО на эллиптических орбитах, пересекающих низкоорбитальную область. Это задача методов второй категории.

Рассмотрим конкретные методы обеих категорий.

Сокращение высвобождения КМ, сопутствующего запуску и функционированию КА. Этот тип КМ составляет порядка 10% от количества каталогизированных КО. Существует также значительная популяция некаталогизированного КМ этого типа. Причем большинство его находится в наиболее «населенных» орбитальных районах. Прекращение выброса в космос такого мусора реализуется довольно легко и без негативного влияния на оперативные свойства КА, хотя достигнутый эффект будет небольшим. Но на низких орбитах находятся ценные действующие КА, поэтому это будет полезно.

Сокращение продуктов выхлопа твердотопливных двигателей. Тем самым достигается лишь небольшое облегчение для космической деятельности, поскольку эти мельчайшие частицы имеют очень короткое время существования (менее 5 % их остаются на орбитах более года [Orbital___, 1995]). Здесь нужно либо отказываться от использования твердотопливных двигателей, либо менять тип топлива.

Пассивация КА и РН. Цель — сохранение целостности КА и РН и, как следствие, сокращение осколкообразования от взрывов. Так как при взрыве образуется значительное количество крупных и среднеразмерных фрагментов с потенциально длительным временем орбитального существования, то сокращение количества взрывов даст существенный эффект в смысле сдерживания роста популяции КМ. Единой рекомендации по предотвращению случайных взрывов нет. Но существует системный подход, называемый пассивацией, который предполагает:

• определение всех потенциальных источников запасенной энергии, остающейся к концу функционирования КА;

• для каждого такого источника разрабатывается безопасный метод рассеивания запасенной энергии;

• активация этих методов в конце функционального существования КА.

Для устранения условий взрыва РН топливо либо выжигается, либо просто стравливается после отделения ступени от КА продувкой баков или испарением.

Хотя конструкторы и избегают применять краску и другие материалы покрытий, быстро деградирующие в полете КА, они не требуют, чтобы покрытие оставалось прочным как в ходе, так и после окончания миссии.

Недорогой мерой борьбы с образованием км стало бы разделение процессов поверхностной деградации в открытом космосе и превентивных методов противодействия им и их последствиям.

Уменьшение осколкообразования вследствие столкновений. В принципе, прямой путь к достижению этой цели — сокращение количества столкновений с помощью маневров уклонения от них или удаление КО, грозящих столкновениями, из переполненных орбитальных областей.

Выше уже говорилось, что любые меры ограничения количества КО без сокращения общей массы КМ (и, следовательно, кинетической энергии в ОКП) недостаточны для уменьшения долгосрочной угрозы столкновений. Если даже удастся создать самые совершенные системы предупреждения о грозящем столкновении, их нельзя использовать для предотвращения столкновений неуправляемых КО, поскольку они не способны маневрировать. Что касается удаления КО с густонаселенных орбит, то это достигается принудительным вводом КА в атмосферу замедляющими полет приемами или сокращением орбитального существования (ускорение естественного схода с орбиты), переводом КА на орбиту захоронения в конце активного полета, активным удалением км с орбит.

Принудительный ввод в атмосферу КА и РН и сокращение длительности существования КО. Относятся к радикальным методам второй категории. Они предполагают включение двигателя (если, конечно, на борту осталось топливо), использование естественных возмущающих сил и приемы усиления торможения в атмосфере. Для этого можно использовать специальные небольшие реактивные двигатели или выжигание остатков топлива в основных двигателях.

Чтобы иметь возможность выполнять такого типа маневры, традиционные проекты КА и РН будут нуждаться в соответствующих модификациях. Многие КА и РН не имеют собственных систем ориентации и коррекции орбит. Могут также понадобиться более мощные системы энергоснабжения, сложные командные системы для длительного сохранения работоспособности и возможности выполнения маневров торможения. И, конечно же, потребуется большее количество топлива. В руководящих документах НАСА по снижению опасности со стороны км предлагается ограничивать время существования КО, пересекающих низкоорбитальную область, 25-ю годами. Но на всякие константы такого рода нужно иметь глубокое и убедительное обоснование.

Атмосферное торможение имеет сильнейшее влияние на продолжительность существования НОКО, его имеет смысл использовать с целью ускорения погружения КО в плотные слои атмосферы. Время существования КО на эллиптической орбите можно изменять даже более резко, чем на круговой в зависимости от начальной высоты перигея. РН, запущенная на ГTO с низким перигеем, гораздо быстрее сходит с орбиты, чем запущенная на орбиту с высоким перигеем. Это подсказывает эффективный и дешевый способ сокращения времени существования КО на высокоэллиптической орбите.

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».

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».

АММ — автоматический межорбитальный модуль

АСАТ — транслитерация аббревиатуры ASAT

ВВС — военно-воздушные силы

ВОКО — высокоорбитальный космический объект

ВЭКО — космический объект на высокоэллиптической орбите

ВЭО — высокоэллиптическая орбита

ГЕОДСС — наземная электронно-оптическая станция зондирования глубокого космоса (GEODSS)

ГСКО — геосинхронный космический объект

ГСО — геостационарная орбита

ЕКА — Европейское космическое агентство

ЕСОКО — Европейская система оценки космической обстановки

ИСЗ — искусственный спутник Земли

КА — космический аппарат

КК — космический корабль

КО — космический объект

КС — космическая система

КМ — космический мусор

МКК — межорбитальный космический корабль

МКС — международная космическая станция

MO — министерство обороны

НАСА — национальное аэрокосмическое агентство США

НАСДА — Японское космическое агентство

НОКО — низкоорбитальный космический объект

ОК — орбитальный комплекс

ОКП — околоземное космическое пространство

ОС — орбитальная станция

ПВО — противовоздушная оборона

ПЗС — прибор зарядовой связи

ПРО — противоракетная оборона

РКА — Российское космическое агентство

РЛС — радиолокационная станция

РН — ракета-носитель

Роскосмос — Российское космическое агентство

СН — средство наблюдения ко

СПРН — Система предупреждения о ракетном нападении

СС — спутниковая система

ССО — солнечно-синхронная орбита

ХЭКС — транслитерация аббревиатуры HAX

ЭПР — эффективная поверхность рассеяния

ABM — Anti-Ballistic Missile

ABL — Anti-Ballistic Missile

ADR — Active Debris Removal

ANGELS — Autonomous Nanosatellite Guardian for Evaluating Local Space

ASAT — Anti-Satellite Weapon 5

ASI — Italian Space Agency

ATV — Automated Transfer Vehicle (см. АММ)

BMEWS — Ballistic Missile Early Warning System (Russia)

BMD — Ballistic Missile Defense

BNSC — British National Space Centre g

CCD — charge coupled device

CDT — Charge Coupled Device (CCD) Debris Telescope

CNES — Centre National d’Etudes Spatiales (France)

CNSA — Chinese National Space Administration

COPUOS — United Nations Committee on the Peaceful Uses of Outer Space

COSPAR — Committee on Space Research (в ООН)

CSA — Canadian Space Agency

CSO — Circular Semisynchronous Orbit(s)

DISCOS — Database and Information System Characterizing Objects in Space

DLR — German Aerospace Center

DOD — Department of Defense (US)

ESA — European Space Agency

ESOC — European Space Operations Center

ESSAS — European Space Situational Awareness System

EURECA — European Retrievable Carrier

GEODSS — Ground-based Electro-Optical Deep-Space Surveillance

GEO — Geosynchronous Earth Orbit(s)

GLONASS — Global Navigation Satellite System (Russia)

GMT — Greenwich Mean Time

GPS — Global Positioning System

GRAVES — Grande Reseau Adapte a la Veille Spatiale

GTO — Geostationary Transfer Orbits

HAX — Haystack Auxiliary (Radar)

HEO — Highly Elliptical Orbit(s)

HST — Hubble Space Telescope

IAA — International Academy of Astronautics

IADC — Inter-Agency Space Debris Coordinating Committee

ICBM — Intercontinental Ballistic Missile

ISRO — Indian Space Research Organization

ISS — International Space Station

JAXA — Japan Aerospace Exploration Agency

JSpOC — Joint Space Operations Center (of U.S. Strategic Command)

JSC — Johnson Space Center

JSOC — Joint Space Operations Center

LAD-C — Large Area Debris Collector

LDEF — Long Duration Exposure Facility

LEGEND — a LEO-to-GEO Environment Debris model

LEO — Low Earth Orbit(s)

LRIR — Long Range Imaging Radar (точное название радара «Хэйстэк»)

MAWS — Missile Attack Warning System (Russia)

MCC — Mission Control Center (ЦУП НАСА)

MDA — Missile Defense Agency (US)

MEO — Medium Earth Orbit(s)

MODEST — Michigan Orbital Debris Survey Telescope

MSX — Midcourse Space Experiment (специальный военный ИСЗ в США)

NASA — National Aeronautics and Space Administration (US)

NATO — North Atlantic Treaty Organization

NORAD — North American Aerospace Defense Command

NRC — National Research Council

ODERACS — Orbital Debris Radar Calibration Spheres

ODQN — Orbital Debris Quarterly News

OSC — Orbital Sciences Corporation

RAMOS — Russian-American Observation Satellite Program

Roscosmos — Russian Federal Space Agency

SAR — Synthetic Aperture Radar

SBRAM — Satellite Breakup Risk Assessment Model

SBIRS — Space Based Infrared System

SBL — Space Based Laser

SBSS — Space Based Surveillance System (US)

SHF — Super High Frequency

SHO — Super-High Orbit(s)

SPADUS — Space Dust Instrument

SPDA — Space Debris Prediction and Analysis

SRM — Solid rocket motor

SSA — Space Situational Awareness (оценка космической

обстановки)

SSN — Space Surveillance Network (US)

SSO — Solar-synchronous Orbit(s)

SSS — Space Surveillance System (Russia)

STS — Space Transportation System

STSS — Space Tracking and Surveillance System

SVS — Space Visible Sensor (космический сенсор видимого

диапазона)

UARS — Upper Atmosphere Research Satellite

UHF — Ultra High Frequency

UNGA — United Nations General Assembly

USAF — United States Air Force USSPACECOM — US Space Command

VHF — Very High Frequency

XSS — Experimental Spacecraft System

WG — Working Group