CC BY
31
УДК 504.3
ПРОБЛЕМЫ ОЧИСТКИ ОКОЛОЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА И ПУТИ РЕШЕНИЯ
К. В. Шевченко, М. А. Рагозина
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: k.schewtschenko@mail.ru
Проблема космического мусора с каждым годом становится всё серьёзнее. Если не принимать должных мер по её устранению, то в дальнейшем изучение космоса и его использование станет невозможным.
Ключевые слова: космический мусор, космический уборщик, околоземное пространство.
PROBLEMS OF PURIFICATION OF THE EARTHQUAKE SPACE FROM COSMIC WASTE AND WAYS OF SOLUTION
K. V. Shevchenko, M. A. Ragozina
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology
31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: k.schewtschenko@mail.ru
The problem of space debris becomes more serious every year. If we do not take proper measures to eliminate it, then further exploration of the cosmos and its use will become impossible.
Keywords: space debris, space cleaner,circumterrestrial space.
Проблема загрязнения орбиты Земли космическим мусором становится всё серьезнее, ведь его размеры растут в геометрической прогрессии. Это могут быть и отработанные ступени ракет, и отработавшие спутники, обломки, оставшиеся от случайных столкновений. Размер космического мусора может доходить до нескольких метров, а общая масса обломков в околоземном пространстве оценивается в 6 300 тонн, их скорость полёта может достигать 56 000 км/час, но чаще всего это мелкие частицы, такие как металлическая стружка и краска. Несмотря на свои небольшие размеры, такие обломки часто движутся со скоростью более 27 000 км/ч - достаточно быстро, чтобы нанести значительный ущерб космическим кораблям. Каждый год в атмосферу земли входит 100-150 тонн обломков. Орбитальные столкновения стали обычным делом в последние годы. За последние 50 лет было запущено около 6 600 спутников, из них 3 600 по прежнему вращаются вокруг Земли, а 1 000 находится в активном режиме. Согласно данным экспертов к 2030 году количество космического мусора на орбите увеличиться в два раза, по сравнению с 2017 годом, а лет через 20-25 лет может начать падать на Землю. Если количество космического мусора будет увеличиваться и дальше, то возникнет необратимый эффект Дональда Кесслера, при котором станет полностью невозможным использование ближайшего космоса из-за увеличения в нём космического мусора, а вероятность столкновения практически каждого спутника и техногенных объектов о космический объект, увеличивается в 100 раз. Такое событие может разрушить мировую экономику и сделать будущие космические путешествия практически невозможными. Однако представленные визуализации обломков могут ввести наш разум в заблуждение, поскольку точки обозначают лишь расположение обломков, но не размер. В реальности околоземное пространство вовсе не представляет собой свалку, как это выглядит на картинках, но космические агентства разных стран всё-равно начеку, ведь стоимость запускаемых объектов очень высока, а потенциальный ущерб от потери 1 000 действующих сейчас спутников в резуль-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 2
тате столкновений с мусором оценивается в 130 млрд долларов. В настоящее время существует довольно много способов борьбы с космическим мусором, предусмотрено немало средств защиты, разрабатываются новые способы отслеживания обломков и очистки космического пространства. Увеличение вычислительных мощностей и систем слежения, помогают предсказать путь мусора и предупредить космические корабли о наиболее опасных районах. Однако какой бы способ ни был выбран в будущем, одно, несомненно: решение проблемы очистки ближайшего космического пространства от мусора будет очень дорогостоящим.
В данной статье будут рассматриваться различные варианты и предложения по решению проблемы загрязнения околоземного космического пространства.
1. Ведущим вузом ракетно-строительной отрасли и космонавтики в Красноярском крае является Сибирский государственный университет наук и технологий имени академика М. Ф. Ре-шетнева. Было предложено решение данной проблемы, несмотря на то, что условия города Крас-норяска не позволяют изучать космический мусор из-за сильной облачности и редких просветов. Специалисты СибГУ им. М. Ф. Решетнева предлагают создать космический уборщик мусора, который позволит за короткое время очистить от крупных объектов самые проблемные орбиты. В качестве космической платформы они планируют использовать космический разгонный блок типа «Фрегат» с некоторыми незначительными доработками. Для механизмов, осуществляющих захват и закрепление космического мусора на борту уборщика, предлагают использовать современные разработки в робототехнике, а для сближения с космическим мусором и опознавания его на уборщике ТВ-камеры и программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта. Космический мусор будет уводиться на более низкие орбиты, с которых через некоторое время попадёт в плотные слои атмосферы и сгорит. По расчетам специалистов, при работе с геостационарными орбитами космический уборщик сможет убрать на орбиту захоронения 12 отслуживших космических аппаратов. Создав космическую систему из нескольких уборщиков на орбитах, мы можем за относительно короткий промежуток времени очистить от крупного мусора заданные орбиты и тем самым разрешить надвигающуюся серьезную проблему по крупному космическому мусору.
2. Учёные из японского исследовательского института Шкеп предложили новый проект предполагающий использование мощных лазеров, чтобы сбивать мусор с орбиты. Если установить на Международной космической станции мощный оптико-волоконный лазер, то эту проблему получится разрешить довольно быстро. Нужно использовать оставшийся от космической обсерватории ЕЦЗО инфракрасный телескоп для поиска космического мусора на орбите Земли, где луч лазера будет изменять траекторию полёта обломка мусора, после чего он войдёт в атмосферу планеты и сгорит в ней. Точность такой системы будет настолько высока, что сбивать можно будет даже объекты размером всего в 1 квадратный сантиметр. Теоретически в будущем на орбиту возможен вывод отдельного космического аппарата, который будет целенаправленно очищать пространство вокруг Земли от мусора [3].
3. Одним из самых перспективных проектов является захват и утилизации космического мусора посредством ван-дер-ваальсовых сил. Захваты, разработанные инженерами, имитируют структуру лапок геккона до мельчайших подробностей, благодаря наличию пучка из синтетических волосков, называемых стебельками. Кончик каждого стебелька представляет собой крошечную присоску. Как только захватам сообщается некоторая сила, поверхность контакта волосков и объекта увеличивается, они сцепляются, а как только сила надавливания уменьшается, то «липкость» захвата постепенно сходит на нет. В разработке присутствует личное изобретение учёных из Стэнфорда - сухой клей. Инженеры сделали для своего робота-уборщика захваты, покрытые шипами - каждый шириной в 0,1 мм, кроме того, учёные добавили шкивы. При контакте с объектом шкивы помогают листам с шипами равномерно распределять нагрузку, а также двигаться, увеличивать прочность захвата. Такая технология помогает небольшому роботу удерживать даже крупные обломки космического мусора, при этом форма объекта и его гладкость не имеют значения [2].
4. Швейцарские учёные планируют запустить в космос в 2018 году спутник-«пылесос» с гибкими щупальцами, который сможет разгрести и утилизировать накопившийся на орбите Земли космический мусор в течение пяти лет. Проект С1еап8раое разрабатывается для того, чтобы удалять тысячи обломков, оставшихся от запусков ракет и спутников. Космический уборщик
будет захватывать эти ненужные отходы с помощью манипуляторов и сбрасывать их в сторону Земли, где тот сгорит ещё до входа в атмосферу. Сейчас дорабатывается конструкция спутника. Устройство сделали легче, чем планировалось изначально: теперь он будет весить всего около 30 килограммов [1].
5. Специалисты Самарского национального исследовательского университета с помощью, установленного на спутнике «Аист-2Д» оборудования приступили к изучению потоков микроме-теороидов и распределения космического мусора в околоземном пространстве. «Аист-2Д» предназначен для проведения большого количества научных экспериментов, а также для отработки и сертификации целевой аппаратуры дистанционного зондирования Земли. Всего на борту аппарата установлено восемь типов научной аппаратуры. Это, в частности, оптический сканер, масс-спектрометр, аппаратура для наблюдения за микрометеоритами и космическим мусором. Кроме того, спутник получил уникальный радиолокатор, который сможет «заглянуть» даже под поверхность Земли. Для составления карты распределения космического мусора будет задействована аппаратура «Метеор-М». Она позволяет измерять параметры микрочастиц, сталкивающихся с космическим аппаратом, и направление их движения [4].
Таким образом, если не решить проблему мусора на орбите своевременно, для следующих поколений доступ в космос будет поставлен под угрозу. Поэтому, хотелось, чтобы разработки СибГУ им. М. Ф. Решетнева были оценены по достоинству и подержаны Роскосмосом и правительством страны для успешного внедрения устройства по очистки околоземного пространства от космического мусора.
Библиографические ссылки
1. Космический «пылесос» начнёт работу в 2018 году [Электронный ресурс] // Вести.Ру. URL: https://www.vesti.ru/doc.html?id=1133776&tid=107659 (дата обращения: 29.03.2018).
2. Против космического мусора: робот-уборщик с лапками геккона наведёт на орбите порядок [Электронный ресурс] // Вести.Ру. URL: https://www.vesti.ru/doc.html?id=2904851&tid= 107659 (дата обращения: 29.03.2018).
3. Учёные планируют сбивать орбитальный космический мусор при помощи лазера [Электронный ресурс] // Hi-News.ru. URL: https://hi-news.ru/technology/uchyonye-planiruyut-sbivat-orbitalnyj-kosmicheskij-musor-pri-pomoshhi-lazera.html (дата обращения: 29.03.2018).
4. Российский спутник поможет составить карту распределения космического мусора [Электронный ресурс] // 3DNews - DailyDigitalDigest. URL: https://3dnews.ru/936690 (дата обращения: 29.03.2018).
© Шевченко К. В., Рагозина М. А., 2018
