Столкновения с мелким КМ

062612 1041 4 Столкновения с мелким КМ

Для корректной оценки роли мелкого КМ в воздействии среды на КО нужно прежде всего избавиться от порочного убеждения, что, якобы, только крупные КО представляют действительно серьезную угрозу для действующих КА, а мелкий км их только поцарапает. Во-первых, если крупный КО способен полностью разрушить КА, то мелкий км может вывести из строя его важные внешние устройства, узлы и блоки КА. Во-вторых, мелкая частица при столкновении с КА с относительной скоростью 14…15 км/с и более может нанести ему ущерб более ощутимый, чем крупный осколок, столкнувшийся при малой относительной скорости. В-третьих, у КА есть крайне уязвимые места, как, например, оптика, солнечные панели и т. п., для которых даже царапина обернется ощутимым повреждением.

 

Результат удара сантиметровой алюминиевой сферы в 0,5-сантиметровую оболочку КА на скорости 10 км/с — типичный пример повреждения от КМ. По данным американских исследователей [Orbital___, 1995], такой удар может полностью расплавить или, по крайней мере, частично испарить саму ударившую частицу и сделать пробоину в стенке КА с входным отверстием диаметром 3,3 см и выходным — 2,7 см. Сила удара, вызванная расширяющимся расплавом частицы КМ и материалом стенки, распространяясь на компоненты КА, расположенные в 2,5 см позади пробитой стенки, может превысить допустимую нагрузку для большинства материалов структур КА. В 15 см позади стенки она будет все еще близка к предельной нагрузке, допустимой для обычно используемых алюминиевых сплавов.

 

Удары мелкого КМ в хрупких материалах создают трещины, распространяющиеся далеко за пределы кратеров и пробоин. Они могут приводить к локальным образованиям плазмы, которая может вызывать разряды и другие нарушения в электронном оборудовании, солнечных панелях. Повреждения от ударов КМ зачастую сочетаются с другими видами воздействий внешней агрессивной среды (атомарный кислород, ультрафиолетовое излучение) и вызывать в итоге большие повреждения, чем сумма индивидуальных повреждений от каждого фактора в отдельности — супераддитивная функция композиции.

 

062612 1041 5 Столкновения с мелким КМ

Пробоина в смотровом окне шаттла STS-007, полученная в результате столкновения с космическим мусором весом 8 грамм

 

И очень мелкие частицы способны вызвать серьезные повреждения. Например, частица диаметром 0,75 мм, ударяющаяся в 0,5-сантиметровое алюминиевое внешнее покрытие двигателя ориентации солнечных панелей, приведет к образованию осколков внутренней стенки покрытия и повредит двигатель. Частица диаметром 1 мм на относительной скорости 10 км/с может пробить радиатор с тонкостенными трубами охлаждения, какие используются в космических реакторах. Если в контуре охлаждения не предусмотрено автоматическое перекрытие или «отсечка» пробитых труб, может произойти утечка охладителя.

 

Даже если удары мелкого КМ не вызывают серьезных структурных повреждений, создаваемые ими сколы, кратеры, пробоины, царапины, мелкие трещины приводят к постепенной деградации поверхности КА, ослабляя ее и делая более уязвимой для воздействия агрессивной внешней среды.

 

Не удивительно, что основное внимание исследователей обращено именно на мелкий КМ. Этим объясняется и большой объем соответствующих публикаций. Мелкие частицы сталкиваются с подобными себе и крупными гораздо чаще, чем крупные КО между собой. При этом генерируются обширные потоки мелких частиц, часть которых покидает окрестности Земли, но большинство после недолговременной концентрации в области столкновения остается на долго живущих высокоэллиптических орбитах. Это подтверждается и измерениями c LDEF. Тыльная поверхность этого КА испытала столкновения с малоразмерным км, следы которых можно объяснить только высокой эллиптичностью орбит оставивших их частиц [Kessler, 1992]. Многие из этих частиц — чешуйки отслоившейся краски. в то же время, во многих кратерах обнаружены окись алюминия, медь, серебро, никель, нержавеющая сталь, которые могли быть оставлены фрагментами конструкционных и других компонент неизвестных КА [Horz, 1992]. Эксперимент с LDEF подтвердил наличие долгоживущих потоков мелкого КМ, происхождение которых можно объяснить их точечным источником — столкновением или взрывом КО [Mulholland et al., 1991].

 

062612 1041 6 Столкновения с мелким КМ

Ремонт космического телескопа «Хаббл», который подвергся атаке космического мусора

 

Вероятность столкновения с частицами диаметром не более 1 мм практически равна единице. Поверхности КА Eureca, LDEF, Solar Max, PALAPA и др., возвращенных на Землю после нескольких лет пребывания в космосе, оказались испещренными множеством изъянов, оставленных частицами км. По данным NASA на март 1997 г., в течение последних 16 месяцев эксплуатации шаттлов КМ настолько серьезно повредил их иллюминаторы, что 18 окон пришлось заменить, а каждое стоило тогда более 50 тысяч долларов. В среднем после двух полетов у шаттла приходится заменять иллюминаторы. Наиболее уязвимыми оказались солнечные панели. На некоторых аппаратах они уже через 3 месяца полета оказывались выведенными из строя. Повреждение обшивки КА, иллюминаторов, солнечных батарей, антенн, топливных и газовых баллонов, других навесных элементов если и не выводит их из строя, то, во всяком случае, сокращает срок службы.

 

Из-за трудностей обнаружения КО размером меньше 1 см на ГСО и даже регистрации самих разрушений, порождающих малые осколки, статистика и характеристики столкновений на ГСО и их последствия плохо изучены. Измерительные данные об объектах на ГСО (в отличие от НОКО) мы получаем лишь эпизодически.

 

Единственно, что известно наверняка, столкновения на ГСО в среднем менее опасны и повреждения от них не так катастрофичны, как в низкоорбитальной области. Тем не менее, необходимо лучше понимать истинное состояние среды на ГСО, особенно характеристики потоков средне- и малоразмерного КМ, так как на этих орбитах работают наиболее дорогостоящие КА. ГСО крайне ограниченный по емкости, ценный ресурс для размещения там новых аппаратов, а время существования КО на ГСО — десятки, сотни тысяч и миллионы лет.

 

Белым пятном в наших представлениях о мелком КМ считаются источники его образования. Характеристики его популяции сильно зависят от времени и долгосрочного прогноза эволюции.


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


Найти на unnatural: Столкновения мелким КМ
Автор: admin | 26 Июнь 2012 | 121 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

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