Исследовательская работа
Тема: «Экология космоса»
Выполнил: ученик 7 «А» класса средней школы № 38
Ким Никита
Научный руководитель:
г. Москва
2017 год
Экология космоса
Оглавление
Введение………………………………………………………………………...3
Глава 1. Немного статистики. Классификация способов очистки...............6
Глава 2. Перспективные способы очистки космического пространства......7
2.1. Невод и гарпун.
2.2. Космические воздушные шары.
2.3. Реактивный буксир.
2.4. Солнечный парус.
2.5. Космический робот-уборщик.
2.6. Космический мусоровоз.
Глава 3. Альтернативные решения........................................……………….12
Заключение…………………………………………………………………....13
Список литературы ……………………………………………………… ….14
Аннотация.
Рис.1
Введение.
Главное достижение человечества - покорение космоса. Начало космической эры 4 октября 1957 г. запуском первого космического спутника в нашей стране.
Нет сомнения, что начало космической эры приносит огромную практическую пользу:
1. Исследование неизведанного космоса.
2. Изучение Земли, её биосферы из космоса.
3. Надежная спутниковая связь.
4. Точные прогнозы погоды. Многое другое.
Но освоение космоса несёт и реальную угрозу продолжающимся космическим полетам и экологии на Земле и пока в ближнем космосе:
1. Токсичность отходов при взлетах ракет. Траектория взлёта с космодрома Байконур проходит над Алтаем. Именно здесь приземляются самые токсичные отходы первых ступеней ракет с остатками топлива.
2. Падение обломков отработавшей своё космической техники, полностью несгоревших в высоких слоях атмосферы. Траекторию рассчитывают, чтобы приземление обломков не угрожало человечеству, но часто бывают сбои и тогда в СМИ нагнетается обстановка, что вызывает панику у населения. Например, затопление Российской станции "Мир".
3. Большое количество отработавших аппаратов продолжает оставаться в ближнем космосе, что представляет огромную угрозу для полётов. За время существования МКС несколько раз подвергалась угрозе столкновения с крупными космическими отходами. Специалисты ЦУП своевременно корректировали орбиту станции, чтобы избежать столкновения.
Актуальность.
Экологические проблемы – это не только земные проблемы, но и космические.
С начала космической эры состоялось более 4900 запусков — более 6600 спутников выведено в космос. Из них 3600 сейчас остаются в космосе, и только 1000 функционирует нормально.
Среди объектов космического мусора находятся отработанные верхние ступени ракет, списанные или сломанные спутники, пусковые адаптеры, крышки от объективов и даже тонкие медные провода — все, что сопровождает запуск ракеты.
Примерно 65% орбитального мусора произошло из-за столкновений на орбите. Известен случай столкновения в 2009 г. выведенного из эксплуатации спутника связи «Космос-2251» с американским спутником связи Иридиум. Скорость столкновения 11,7 км/с. Оба спутника были полностью разрушены и произвели более 2200 отслеживаемых фрагментов.
Цель исследования.
Изучить возможные варианты очистки орбиты Земли от космического мусора, чтобы обеспечить безопасность в ближнем космосе для космических полетов.
Задача исследования.
1. Ознакомиться с литературой по данной тематике.
2. Выбрать наиболее интересные и экономичные способы очистки космоса.
3. Проанализировать работу основных космических держав в данном направлении.
Объект исследования. Космический мусор.
Предмет исследования. Способы уборки околоземной орбиты.
Методы исследования
Сбор информации из различных источников, сравнение, анализ и синтез, обобщение, опрос.
ГЛАВА 1.
Немного статистики
Рис.2 Рис.3
Общее количество космического мусора, зафиксированное в каталоге составляет:
• 30 000 обломков больше 10 см в поперечнике
• 670 000 обломков больше 1 см
• 170 миллионов обломков больше 1 мм.
Весь этот мусор вращается вокруг Земли с огромной скоростью, и нет никакой атмосферы, об которую он мог замедлиться или сточиться.
Таким образом, если не принять меры сейчас, то через несколько десятков лет полеты в космос могут стать очень опасными, практически невозможными будут пилотируемые полеты.
Была поставлена задача: узнать, что знают об этом ученики моего класса и преподаватели. В анкете было всего 3 вопроса:
1. Что такое космический мусор?
2. Представляет ли он угрозу для полётов в космос? Актуальность вопроса.
3. Можно ли с ним бороться и какими способами?
Результаты опроса: Данные показали, что многие из опрошенных не знают о существовании космического мусора и проблем с ним связанных, о способах борьбы с ним никто из опрошенных не мог сказать ничего существенного.
Таблица 1.
Количество | Знают | Не знают | |
Учащихся | 17 чел | 29.4% | 70.6% |
Учителя | 8 чел. | 87,5%. | 12.5% |
ГЛАВА 2. Перспективные способы очистки космического пространства.
Ученые и инженеры предлагают разнообразные стратегии по активной уборке космического мусора, хорошие и не очень. Рассмотрим список наилучших кандидатов.
Рис.4
Невод и гарпун.
• Идея заключается в том, чтобы отправить в космос спутник, вооруженный сетью и гарпуном. Этот план недорого стоит, удобен.
• Подойдя ближе к космическому обломку, космический охотник захватит его сетью, гарпуном или щупальцем. Такие варианты разрабатывают европейские и японские ученые.
Рис.5 Рис.6
Космические воздушные шары.
Новый метод увода аппаратов-ветеранов с орбиты и их уничтожения предложили инженеры американской корпорации Global Aerospace. Проект получил название «Лёгкое как паутинка устройство понижения орбиты». шар диаметром 37 метров всего за год в состоянии увести зонд массой 1,2 тонны с начальной орбиты, условно принятой за 830 километров, и заставить его сгореть в атмосфере.
Рис. 7
Реактивный буксир
Многоразовый космический аппарат-буксир (Россия) содержит корпус, приборный отсек с системой управления, двигательную установку, солнечные батареи, головку самонаведения, устройства дистанционного захвата КМ. Устройство дистанционного захвата КМ содержит космический гарпун с оперением, пороховым двигателем, тросом и кожухом, контейнер со съемной крышкой, стакан, 2-мостиковый пиропатрон, барабан с электроприводом. Изобретение позволяет дистанционно захватить КМ и изменить траекторию движения КМ независимо от геометрической формы и габаритного размера КМ.
Рис.8
Для более крупных объектов можно было бы использовать роботы, которые будут двигать спутники к повторному входу в атмосферу. Проект CleanSpaceOne от EPFL, например, включает спутниковый куб, который будет преследовать, захватывать и уничтожать космический мусор. Правда, стоимость будет непомерно высока — порядка 200 миллионов долларов для каждой миссии.
Рис. 9
Солнечный парус.
Это устройство может использоваться на спутниках или на головных блоках ракет-носителей.
Идея использовать солнечный парус для снятия космического мусора с орбиты была изначально рождена двумя инженерами из европейской космической компании Astrium, а сейчас эта концепция поддерживается проектом Университета Суррея (Великобритания), который и занимается разработкой CubeSail.
Рис.10 Рис.11
Космический уборщик.
Российские учёные предлагают проект космического уборщика мусора на всех орбитах. В качестве космической платформы планируется использовать космический разгонный блок типа «Фрегат» с некоторыми незначительными доработками. Для механизмов, осуществляющих захват и закрепление мусора на борту уборщика, предлагается использовать современные разработки в робототехнике. Система предусматривает применение камер для распознавания объектов и программного обеспечения с элементами искусственного интеллекта. Космический мусор будет уводиться на более низкие орбиты, с которых через некоторое время попадёт в плотные слои атмосферы и сгорит.
Рис.12 Рис.13
Космический робот-уборщик может появится в 2018 году.
Новый российский проект - создание специализированного аппарата с ионными двигателями с противоположных сторон. Робот будет приближаться к ненужному космическому аппарату и включать двигатели на равную мощность с противоположных сторон. За счёт этого он, оставаясь на месте, сможет «сдувать» космический мусор с орбиты. Уже в 2018 года специалисты Центрального научно-исследовательского института машиностроения утвердят технические характеристики устройства для уборки космического мусора. Орбитальный аппарат будет запущен в 2020-м.Космический мусоровоз.
Орбитальный мусоровоз, а вместе с ним и перерабатывающий завод. Дизайнер Вон Линг представил его так: «Это система, состоящая из коллектора, распылителя сети и пункта утилизации на околоземной орбите. Такой сборщик может работать на ядерной энергии и эффективных ракетах VASIMR.
Рис.14
ГЛАВА 3. Альтернативные решения - Профилактика.
В российском обществе часто можно услышать «Чисто не там, где убирают, а там, где не мусорят». Поэтому необходимо:
Начать делать спутники и космические станции более прочными. Усилить защиту от ударов (как космического мусора, так и метеорных тел). Спутники также должны быть более маневренными.Заключение.
В работе рассмотрены наиболее простые и удобные способы утилизации космического мусора. Работа в этом направлении ведется всем мировым сообществом, т. к. проблема общая. И будут появляться новые идеи. Например, совсем недавно Лей Лан с коллегами из Университета Циньхуа в Пекине, Китай, предложили новое решение. Их идея заключается в том, чтобы построить двигатель, способный превращать собранный космический мусор в ракетное топливо, что даст возможность аппарату свободно двигаться и маневрировать в космосе практически бесконечно или, по меньшей мере, до тех пор, пока он не соберёт весь мусор.
Рис.15
Список литературы.
http://nlo-mir. ru/kosmoss/33708-kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora. html http://mediasat. info/2015/12/09/orbiting-garbage-collector/ https://www. pravda. ru/news/science/eureka/inventions/14-11-2016/1318062-kosmos-0/ http://ecofriendly. ru/ekologiya-kosmosa-sposoby-ochishcheniya-kosmicheskogo-prostranstva http://mediasat. info/2015/12/09/orbiting-garbage-collector/ http://www. pvsm. ru/kosmos/65216/print/