ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ Г. МОСКВЫ «ШКОЛА № 000 «ВЕРТИКАЛЬ»
Космическая экология
Космический мусор: как очистить орбиту?
Выполнил: Комаровский Кирилл, ученик 8 «Б» класса
Комаров Яков, ученик 8 «Б» класса
Руководитель: ,
учитель географии ГБОУ Школы № 000 «Вертикаль»
Москва 2018
Содержание:
Введение ___________________________________________________ 3 Экология космоса. Откуда берется космический мусор ____________5 Вклад стран в загрязнение околоземного пространства различныхстран ______________________________________________________ 7
Распределение космического мусора по высотам орбит ____________ 8 Способы очистки космоса от мусора ___________________________ 10 Заключение ________________________________________________ 11 Список используемой литературы _____________________________ 13
Первый искусственный спутник Земли был запущен в 1957 году в СССР. С тех пор в космос отправлено более 6000 спутников. 423 из общего числа 957 действующих спутников, которые находятся на орбите в настоящее время, принадлежит США. Следующей по числу спутников стоит Россия.
Актуальность
Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как теоретическая возникла сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов.
Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 г., где особо отмечено, что проблема имеет международный глобальный характер: нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны, прямо или косвенно участвующие в его освоении.
Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Если прекратить запускать корабли в космос уже сейчас, то к 2055 году только за счет фрагментации уже имеющихся на орбите объектов искусственного происхождения число вновь образующихся обломков начнет превышать количество падающих на Землю. Орбитальная свалка начнет «саморазмножаться», что поставит под сомнение возможность безопасных полетов в космос вообще. Проблема утилизации космического мусора в настоящее время является одной из приоритетных в освоении околоземного пространства.
Новые достижения в космонавтике, полеты космических аппаратов и их результаты расширяют наши знания о Вселенной и создают более прочную базу для ее дальнейшего исследования. Освоение космоса приносит огромную практическую пользу. Оборотная сторона – негативное воздействие космической техники на среду обитания и само космическое пространство. В результате резкого увеличения числа запусков ракет-носителей и других аппаратов, а также связанных с этим последствий все чаще происходит загрязнение земной и околоземной среды. Обострение экологической ситуации на нашей планете в большей степени связано с ограниченностью пространства Земли.
В ближайшем будущем космическое пространство будет использоваться не только для научно-исследовательских, но и для производственных целей.
Космический мусор – это страшно и опасно. Он угрожает находящимся в эксплуатации спутникам и Международной космической станции. В будущем мусор может стать препятствием для пилотируемых полетов и запусков, новых космический аппаратов. Эта тема становится еще более актуальной, т. к. космос уже перестал быть исключительно объектом исследования, он превратился в своего рода товар – примером тому могут служить не только многочисленные запуски «коммерческих» спутников, но и космический туризм.
Основная цель проекта:
Изучить экологию околоземной среды, поверхности Земли и Мирового океана в результате запусков космических аппаратов. Обозначить пути решения проблемы космического мусора.
В ходе выполнения работы мы поставили перед
собой следующие задачи:
Изучить имеющуюся информацию о загрязнении околоземного пространства, которое происходит в результате освоения космоса; Систематизировать имеющиеся сведения и на их основе составить диаграммы, дающие представление о масштабах проблемы; Привести сведения о том, какой ущерб наносится поверхности Земли, Мировому океану и атмосфере в результате космической деятельности; Указать пути решения проблемы утилизации космического мусора, используя экспериментальный метод.Предмет исследования: Космический мусор
Объект исследования: влияние космического мусора в результате запусков космических аппаратов на загрязнение околоземного пространства.
При этом мало кто задумывается о том, что случается с обломками отработавших космических аппаратов, как реагирует Земная атмосфера на многочисленные вторжения ракет-носителей, что происходит с ракетным топливом и других подобных вопросах.
Экология космоса. Откуда берется космический мусорС космосом у нас привычно ассоциируется понятие «безбрежный», однако «теснота» в космосе уже действительно начинает ощущаться, и здесь вновь невольно напрашивается аналогия с Земными экологическими проблемами. Суть в том, что в результате запусков и функционирования различных космических аппаратов в космосе накапливается огромное количество отработавших спутников, ракет, маневровых ступеней, различных защитных оболочек, отслоившихся частиц краски и прочее.
За менее чем 50 лет космической эры на орбиты вокруг Земли было выведено свыше 11000 космических аппаратов, из них около 4 000 до сих пор продолжает находиться там. Еще большее количество мелких частей и фрагментов возникает в околоземном пространстве из-за неудачных запусков и случайного или преднамеренного разрушения космических аппаратов и ракетных ступеней. Согласно данным экспертов НАСА, общее количество объектов земного происхождения только в ближнем космосе превышает 4 000 000 и ежегодно увеличивается на 250-300 тыс. единиц. Таким образом, можно выделить две основные причины появления космического мусора.
Во-первых, «мертвые» аппараты остаются на орбитах. Спутник, запущенный на орбиту высотой 15000 км, способен просуществовать на ней 10 000 лет. Всего с 1957 г. в космос было запущено свыше 5800 спутников, и около 3100 из них все еще продолжает летать, хотя работает только около 1000 аппаратов, а остальные – это уже космический мусор.
В наше время космические агентства стараются обеспечить вывод с орбиты каждого отработавшего свой ресурс спутника так, чтобы он упал в заданном месте, но в начале космической эры никто об этом не задумывался. После нескольких лет полета низкоорбитальные спутники падают на Землю (или сгорают) естественным образом в результате трения о чрезвычайно разреженную внешнюю часть земной атмосферы.
Во-вторых, случаются космические аварии. К примеру, в результате взрыва французской ракеты «Ариан» в 1986 году, образовалось около 3000 обломков с габаритами, которые можно проследить наземными средствами, а более мелких - неисчислимое количество. Когда падала американская орбитальная станция «Скайлэб» (1979г.), то она оставила «хвост» металлических и пластиковых осколков протяженностью более 1000 км.
Столкновение любого фрагмента размером более 1 см с действующим спутником опасно для последнего из-за большой кинетической энергии осколка и может стать причиной прекращения его функциональной деятельности (это еще не самое худшее последствие, если учесть, что на спутнике может находиться ядерный реактор).
Огромные скорости в состоянии превратить очень маленький предмет в смертельно опасную «космическую пулю». Работа космических аппаратов может быть нарушена при столкновении даже с мелкими частицами мусора, а поскольку общее его количество постоянно растет, положение все обостряется и близки времена, когда на проблему засорения околоземного пространства уже нельзя будет махнуть рукой.
На приведенной иллюстрации видно, как может выглядеть наша планета, окруженная облаком космических объектов. В реальности картина может оказаться еще ужаснее.
"Вклад" стран в загрязнение
околоземного пространства различных стран
Сведения о заселенности околоземного пространства объектами искусственного происхождения поступают из специальных Служб контроля космического пространства, функционирующих как в России, так и в США. Они оснащены радиолокационными, оптическими и оптико-электронными системами слежения. В их задачи входят наблюдение, отождествление и каталогизация искусственных объектов. В российских и американских каталогах их содержится около 9000. Полученная Службами контроля информация используется для анализа состояния экологической обстановки в космосе.
Но, к сожалению, наблюдениям доступны далеко не все обломки, составляющие космический мусор. Наземные радиолокационные системы могут обнаруживать только те объекты, диаметр которых на высоте до 2 000 км составляет не менее нескольких сантиметров. Оптическим же телескопам доступны объекты диаметром от 1 м на высотах в несколько десятков километров. Все остальные объекты находятся вне зоны контроля, хотя и их количество, и огромные скорости, с которыми они мчатся вокруг Земли, представляют для человеческой активности в космосе реальную опасность.
Нами проанализированы различные источники информации, в результате чего была составлена следующая диаграмма, позволяющая наглядно оценить степень «вклада» различных стран в засорение околоземного пространства крупными неуправляемыми объектами.
Распределение космического мусора по высотам орбит
В ближней части околоземного пространства, на высотах ниже 400 км, то есть в области полета пилотируемых аппаратов, имеется большое количество космического мусора, но эти объекты сравнительно недолговечны: через несколько лет после образования они сгорают в атмосфере Земли.
На высотах 850-1200 км летают метеорологические спутники и спутники дистанционного зондирования Земли, а также большая часть спутников с ядерными энергетическими устройствами. Последние на этих высотах могут существовать сотни лет до полного исчезновения радиационной опасности. Случаи досрочного разрушения возможны вследствие соударения с частицей размером меньше 0.1 см, летящей со скоростью пули –10 км/с.
Геостационарная орбита плотно заселена объектами космической индустрии – спутниками-стационарами. В настоящее время там находится около 800 объектов. Ежегодно к ним прибавляется два-три десятка новых стационаров и значительное количество обломков спутников, разрушившихся по разным причинам.
Полезное население высоких орбит составляют телекоммуникационные спутники связи, научные, военные и метеорологические спутники. С 1963 года на высокие орбиты было запущено 400 спутников, около 100 из них все еще активны, 200 уже не функционируют, и, тем не менее, большинство из них все еще остается на орбите. Там же находится еще около сотни верхних ступеней ракет и других объектов, обнаруженных в ходе исследований. Специалистам известно, по крайней мере, о 3-4 взрывах, произошедших на этих орбитах, но их причины так и не установлены.
Рассмотрев распределение космического мусора по высотам орбит можно сделать вывод, что он находится на всех орбитах, но механизм самоочищения происходит по-разному.
Способы очистки космоса от мусораК сожалению, на данный момент эффективных способов уничтожения космического мусора не существует. Собирать обломки при помощи американских шаттлов очень дорого, да и челноки уже несколько лет стоят на приколе. Еще менее безопасно сжигать космический мусор при помощи лазера, поскольку расплавленный металл, остывая, превратится в смертоносную «шрапнель», которая расползется по орбите, еще больше загрязнив космос. Заменить многоступенчатые ракеты многоразовыми системами тоже пока не представляется возможным. Изучив большой объем литературы, нами были предложены следующие способы утилизации космического мусора:
Способ I: использовать магнит, укрепленный на специальном спутнике, который будет притягивать металлический мусор. Затем этот магнит с мусором отсоединяется от спутника и сгорает в атмосфере Земли. Конечно создать на Земле полностью вакуум не получится, но приблизить экспериментальным путем условия к вакууму мы попробуем.
Цель опыта: проверить действия магнита в условии вакуума, имитирующего космическое пространство.
Оборудование: магнит, железные монетки, стеклянная бутылка, аккумуляторный машинный пылесос.
Ход работы. Опускаем магнит в бутылку, монетки прилипнут ко дну бутылки. При помощи пылесоса начинаем высасывать воздух из бутылки. Пока пылесос работает, встряхиваем бутылку, чтобы проверить действие магнита. Монетки не отвалились с бутылки.
Вывод: магнит при условиях, приближенных к вакууму продолжает притягивать железные монетки.
Способ II: неметаллический мусор захватывается с помощью космического траления: между двумя спутниками растянут особый трал, захватывающий мусор.
Способ III: создать спутник большой массы и запустить его на орбиту вокруг Земли, придав ему вращательное движение. Получившаяся гравитация будет искривлять траектории движения обломков на орбите и отправлять их в атмосферу Земли, где они сгорят.
Способ IV: ученые изобрели новый способ борьбы с космическим мусором. На высотах ниже 900 км плотность земной атмосферы достаточна, чтобы тормозить космические объекты, заставлять их сходить с орбиты и сгорать в атмосфере. Но выше этой границы мусор меньше 10 см в диаметре может оставаться столетиями. Ученые из Военно-морской исследовательской лаборатории (США) предложили создать вокруг всей Земли на высоте 1,1 тыс. км облако из вольфрамовой пыли. Эта пыль, «прилипая» к мусору, затормозит обломки и сдвинет их ниже высоты 900 км.
Мы поддерживаем идею о том, что надо принять специальное международное законодательство, обеспечивающее сохранение экологии космического и околоземного пространства. Необходима программа, в которую должны быть включены вопросы:
- Определения состояния и прогноза засорения космоса; Космического наблюдения; Создания уникальных космических платформ длительного функционирования; Исследования способов и средств очистки околоземного пространства от «космического мусора».
Предотвращением дальнейшего загрязнения космического пространства занимаются несколько международных комиссий, в том числе под эгидой ООН. Космос постепенно превращается в зону вложения капитала, а коммерсантов всегда интересовали вопросы страхования рисков и возмещения потерь в результате тех или иных форс-мажорных обстоятельств. К примеру, кто должен отвечать, если старый безжизненный спутник или разгонный блок ракеты, запущенной одним государством, протаранит автоматическую станцию, принадлежащую другой стране? Пока на этот вопрос ответа нет, хотя подобные прецеденты уже случались. И хотя частные космические компании делают только первые шаги, сам факт их появления на свет подтолкнул к выработке единых международных правил. В настоящее время интенсивно вырабатываются новые требования к космической технике, определяются зоны работы спутников и оговариваются методики захоронения выработавших свой срок аппаратов. Хорошо, что для разработки стратегии по удалению космического мусора есть еще пара десятилетий, потому что сейчас решений нет. Ученые имеют много идей, от наземных лазеров до космических аппаратов с сетями для сбора мусора. Но эти идеи хороши на бумаге, их реализация зачастую невозможно, а если возможна, то потребует международного сотрудничества. Также как МКС – международный проект, следующим таким проектом может стать уборка в космосе.
Список используемой литературы: Доклад Комитета по использованию космического пространства
www. oosa. unvienna. org/pdf/gadocs/A_67_20R. pdf
Космос и экологияepizodsspace. airbase. ru/bibl/znan/1991/7/7-kosm. html
Космического мусора на околоземной орбите стало слишкомria. ru/science/20110902/428614251.html
Доклад эксперта - Московской международной модели ООНwww. modelun. ru/reports/KOPUOS2013.pdf
Навигация: события, мероприятия, законодательствоwww. federalspace. ru
Космический мусор на Орбитеforumru. tele-satinfo. ru/index. php? topic=37063.0;all
