Космический мусор, мега спутниковые созвездия: аварийная ситуация на орбите Земли
— Новости от 18 апреля 2019 года —
Десятки тысяч космического мусора на околоземной орбите
Человечество может выводить спутники на орбиту более 60 лет. Его космическая деятельность стала источником бесценных научных открытий и великих исторических моментов. У нас был высокий темп запуска в 1960-х и 1970-х годах, затем замедление с окончанием холодной войны. Уже несколько лет число орбитальных пусков снова растет. К 2018 году более 100 ракет было запущено на орбиту Земли или за ее пределы. Мы не видели такого уровня активности почти тридцать лет. Это хорошее здоровье космического сектора, очевидно, волнует космических энтузиастов, но это не должно заслонять влияние космической деятельности на окружающую среду.
Более 60 лет полетов на орбите оставили десятки тысяч искусственного мусора в непосредственной близости от Земли. Спутники прибыли в конце своей жизни, ступени ракет и фрагменты всех видов блуждают на всех высотах и с невероятной скоростью. При скорости 28 000 км / ч простой болт — смертельное оружие. На данный момент воздействие этого космического мусора было минимальным, хотя были некоторые аварии. В 1996 году французский военный спутник стал первой официальной жертвой столкновения с космическим мусором. Ответственность за третий этап ракеты Ariane 1, запущенной десятью годами ранее. С тех пор было зарегистрировано полдюжины подобных аварий. Наиболее серьезные из них произошли в 2009 году. Спутник созвездия Иридиум был разрушен в результате столкновения с вышедшим из употребления советским спутником. Оба спутника были уничтожены и соединились со многими другими микропространственными обломками.
Истоки космического мусора многочисленны
Испытания противоспутниковых ракет, проведенные Соединенными Штатами, Китаем или Индией в последнее время, также привели к образованию большого количества космического микрообломка. На данный момент орбита Земли остается огромным пространством, и самые большие космические обломки отслеживаются с помощью радара. Однако все чаще спутникам нужно сжигать свое драгоценное топливо, чтобы избежать столкновения. Например, прошлогодним летом спутник ЕКА CLIOSAT был на курсе столкновения. Это все чаще и чаще. Каждый день армия США выпускает около 20 предупреждений об опасности столкновения на околоземной орбите. В большинстве случаев это просто призыв к бдительности, но в перспективе перспективы не очень хорошие.
Мало того, что запуски становятся все более и более многочисленными, каждая ракета несет все больше и больше спутников. Это один из извращенных эффектов революции Smallsats. Во всем мире стартапы собирают средства на орбитальные группировки десятков, сотен или даже тысяч этих малых спутников. OneWeb, SpaceX, Amazon и многие другие компании могут запустить десятки тысяч спутников в течение следующего десятилетия. Эти объекты должны будут найти свое место в уже хорошо заряженной среде.
Чрезвычайная ситуация заключается в борьбе с космическим мусором на низкой орбите
В настоящее время низкая орбита является наиболее перегруженной. Около 16 000 искусственных объектов в настоящее время находятся на низкой орбите, то есть на высоте менее 2000 км. Геостационарная орбита также уже заполнена почти 3000 человеческими объектами. Между этими двумя высотами 1500 спутников и другой космический мусор движутся по разным путям. Основная проблема заключается в том, что траектории всех этих объектов точно не известны. Таким образом, орбита космического мусора может отличаться в зависимости от происхождения данных, российских или американских.
Это было сложно, когда только государства имели доступ к космосу, но вывод спутника на орбиту теперь доступен многим университетам и стартапам, и некоторые из них не очень осторожны в вопросах регулирования. В конце 2017 года компания запустила четыре микроспутника без разрешения какого-либо правительства. Если все начнут делать одно и то же, орбита Земли может превратиться в настоящий Дикий Запад.
Управление космическим мусором и спутниковыми группировками должно быть глобальным
Большая часть работы, которая позволяет избежать столкновений, заключается в сотрудничестве между различными организациями, которые выводят объекты на орбиту. С начала 90-х годов многие космические агентства присоединились к Межучрежденческому координационному комитету по космическому мусору (МККМ), который разрабатывает серию руководящих принципов для решения этой проблемы. Поэтому этот комитет рекомендует сбросить давление во всех контейнерах спутника, срок службы которого истек, что должно позволить избежать случайных взрывов, и этот риск не следует воспринимать легкомысленно. В последние дни изображения спутников Intelsat, подвергающихся неконтролируемым взрывам, были опубликованы в Интернете. Утечка топлива будет проблемой. Комитет также рекомендует снизить их орбиту настолько, чтобы они сгорели в атмосфере менее чем за 25 лет. К сожалению, это только руководящие принципы, и никакие санкции не предусмотрены в отношении организации, которая их не уважает. Пока только половина миссий выполнила эти требования.
Космический мусор является отличным примером проблемы, которая выиграет от глобального решения. В худшем случае человечество может полностью потерять использование орбиты Земли. Это синдром Кесслера, при котором увеличение количества объектов на орбите будет увеличивать количество столкновений, и каждое столкновение будет создавать большое количество новых космических обломков, которые, в свою очередь, увеличивают вероятность столкновения. Следовательно, существует риск цепной реакции, которая может сделать некоторые орбиты полностью непроходимыми. Некоторые услуги, такие как GPS или спутниковая связь, могут исчезнуть.
Все орбиты не управляются одинаково. Низшие орбиты регулярно очищаются от остаточных слоев атмосферы. Но некоторые эксперты считают, что слой между 900 км и 1200 км над уровнем моря скоро будет насыщен. На эту высоту ориентируются спутники созвездия OneWeb и более 4000 спутников в созвездии Starlink. К счастью, OneWeb и Starlink должны столкнуться с еще более жесткими ограничениями, чем те, которые сформулированы Межучрежденческим координационным комитетом по космическому мусору (IADC). OneWeb объявил, что его спутники теперь будут убиты только через пять лет после окончания их жизни. Часть их топлива будет зарезервирована для этой задачи. Спутники созвездия Starlink также должны быть способны на это.
Есть решения по уменьшению количества космического мусора
Однако этого может быть недостаточно. Требуется всего одна авария, чтобы добавить к тысячам космического микро-мусора, который не может быть отслежен с помощью радара. Именно поэтому некоторые люди уже готовят стратегии активной очистки орбиты. Эта задача кажется сложной, поскольку для выведения на орбиту десятков тысяч опасных космических обломков потребуются огромные ресурсы. Тем не менее, мы можем действовать хитроумно, сосредоточившись на самых больших космических обломках, потому что они наиболее вероятно вызовут цепную реакцию, если она взорвется. На данный момент проводятся только тесты.
Спутник «Удалить мусор» был выведен на орбиту год назад и показал, что он может захватывать маленькие цели с помощью сети и гарпуна. Как только коллекция будет завершена, она увеличит свое атмосферное сопротивление большим парусом, чтобы ускорить его возвращение в атмосферу. Европейское космическое агентство также особенно активно работает в этой области. В рамках своей инициативы «Чистые технологии» ЕКА рассматривает миссию по выводу из эксплуатации старого спутника с роботизированной сеткой или рукой, которая станет первой в мире. Это испытание может состояться уже в 2023 году. Другие организации думают о космических кораблях, специализирующихся на ремонте и заправке спутников. Увеличение срока их службы означает сокращение потребности в новых запусках. Китай предложил использовать на орбите мощный лазер для отклонения космического мусора и ускорения их повторного попадания в атмосферу. Эти решения медленные и дорогие, но, по крайней мере, они существуют.
Пространственная деятельность человечества также имеет последствия для атмосферы Земли
Космическая промышленность также ответственна за некоторое загрязнение атмосферы Земли. Хотя некоторые из используемых двигателей выделяют только водяной пар, другие двигатели выделяют очень токсичные отходы сгорания. Например, российские пусковые установки «Протон» ответственны за такое загрязнение атмосферы. Влияние запусков на атмосферу до сих пор малоизвестно. Для ста запусков в год воздействие, вероятно, очень мало. Тем не менее, будет необходимо иметь дело с этим, если скорострельность будет ускоряться. Например, суборбитальный массовый туризм может оказать существенное влияние на атмосферу.
К этому следует добавить атмосферные входы космического мусора. Космический мусор волшебным образом не исчезает, он горит в атмосфере, а последствия этих горений обнаруживаются непосредственно в атмосфере. Космическая индустрия использует все виды экзотических материалов, некоторые из которых являются радиоактивными. Были случаи попадания в атмосферу РИТЭГов и даже ядерных реакторов, что привело к длительным и дорогостоящим операциям дезактивации.
2019 год может стать ключевым для управления искусственными объектами в космосе
Как и вся человеческая деятельность, космическая отрасль оказывает влияние на окружающую среду. За 60 лет человечество вывело на орбиту довольно невероятное количество искусственных объектов. Подавляющее большинство этих объектов больше не являются полезными и представляют собой риск. 2019 год станет началом эры спутниковых мега-созвездий, которая усилит эту проблему. Будем надеяться, что интеллектуальное управление концом жизни спутников будет на месте. Мы должны быть очень бдительными, чтобы избежать столкновений и возможного синдрома Кесслера. Также будет интересно количественно оценить влияние деятельности по запуску ракет на парниковый эффект или озоновый слой. Человеческие приключения на Луну или планету Марс не должны происходить за счет голубой планеты.
Компании по очистке космического мусора проявляют себя
— Новости от 6 ноября 2018 года —
RemoveDebris — это европейская инициатива по тестированию методов декорбирования космического мусора. Эксперименты спутника продолжатся в 2019 году. Первые результаты являются окончательными. В сентябре RemoveDebris удалось захватить спутник с сетью. Эта демонстрация может проложить путь для реальной службы обеззараживания космического мусора. Но борьба с мусором один за другим может быть чрезвычайно дорогостоящей. По-видимому, альтернативы нет. В исследовании DARPA говорится, что очистка орбиты Земли неизбежно станет необходимой для поддержания операционных рисков на приемлемом уровне, и с 2011 года перспективы не очень хорошие.
Несколько дней назад Элон Муск сказал, что он пытается ускорить созвездие Starlink, которое должно состоять из сотен или тысяч небольших спутников. SpaceX начал развертывание, и к середине следующего года созвездие могло подняться до 12 000 спутников. У других компаний есть амбициозные планы.
31 октября было сообщено, что японская компания Astroscale получила финансирование в размере 50 миллионов долларов. Astroscale работает над управлением космическим мусором. Компания хочет развивать спутники, способные к орбитальным маневрированиям рандеву. Затем они могли принести спутники в конце своей жизни, а затем отвезти их в атмосферу. Astroscale считает, что с запуском спутниковых созвездий открывается большой рынок. Проекты Starlink, OneWeb и других спутниковых созвездий будут иметь такое влияние на орбиту Земли, что закон должен развиваться, чтобы отразить это. Государственные органы и частные операторы обязательно должны будут учитывать эту проблему, даже если ее стоимость высока.
Поэтому Astroscale надеется, что сможет предложить жизнеспособное решение, технологически и экономически. Это финансирование в размере 50 миллионов долларов также является признаком здорового частного японского космического сектора. В декабре прошлого года лунная геологоразведочная компания получила финансирование в размере 90 млн. Долл. США, а в марте 2018 года японское правительство объявило о почти 1 млрд. Долл. США в течение пяти лет для поддержки своего частного космического сектора. Количество космического мусора растет, несмотря на повышенную осведомленность предприятий и правительств. Будем надеяться, что инцидент не должен произойти до принятия решительных решений.
Эксперимент RemoveDebris занимается космическим мусором с сеткой и гарпуном
— Новости от 26 июня 2018 года —
В 2017 году было запущено 335 SmallSats с весами от нескольких десятков граммов до нескольких сотен фунтов. Это в шесть раз больше, чем в 2012 году, и тенденция должна продолжать ускоряться. Компании, университеты, правительства и армии, похоже, любят SmallSats. Все эти запуски являются признаком процветающей космической отрасли. Но вывод полезной нагрузки на орбиту требует определенного технического мастерства и создает обязанности. С распространением спутниковых операторов, как мы можем обеспечить, чтобы все были серьезными?
В январе прошлого года FCC, регулятор спутниковой связи в Соединенных Штатах Америки, показал, что четыре SmallSats были запущены без его одобрения. FCC обнаружил, что эти спутники опасны, потому что они были слишком маленькими, чтобы их легко отслеживать с помощью радара. Трудно избежать столкновений, когда все следуют правилам. В дополнение к этому, SmallSats часто остаются на орбите лет после окончания срока их службы. Поэтому скопление земной орбиты, вероятно, ускорится, и проблему космического мусора становится все труднее игнорировать.
Эксперимент RemoveDebris только что был запущен с Международной космической станции. Это снова SmallSat, который был построен Университетом Суррея в Великобритании с участием Airbus. RemoveDebris имеет массу в сто килограммов. Это самый большой спутник, запущенный с МКС. Он включает три эксперимента, которые будут проверять три разных метода для деформирования космического мусора в конце жизни. Для целей демонстраций маленький спутник внедряет свои собственные цели, которые будут выпущены до того, как будут отменены. Запрещается прикасаться к спутникам другого, даже если они больше не работают.
Спутник проведет в течение следующих нескольких месяцев тестирование, затем в сентябре или октябре начнется первый эксперимент. RemoveDebris позволит маленькому CubeSat подняться на расстояние в несколько метров, а затем выбросить сеть, чтобы вернуть ее. В течение нескольких тысячелетий методы захвата не сильно изменились. В феврале 2019 года RemoveDebris проверит гарпун. RemoveDebris позволит CubeSat идти, прежде чем вернуть его с помощью гарпуна. Захваченные SmallSats — хорошая вещь, но тогда вы должны их лечить. В этот момент начинается третий эксперимент. После выпуска и захвата обеих целей в марте 2019 года RemoveDebris развернет паруса, что значительно увеличит его перетаскивание. Очень маленькие следы газа на низкой околоземной орбите вызовут сгорание RemoveDebris в атмосфере Земли. В течение этих нескольких месяцев на орбите экспериментальный спутник также испытает навигационную технологию. Цель состоит в том, чтобы иметь возможность следить за маленькими отдаленными объектами.
Все впечатления будут сняты, чтобы обеспечить их плавность хода. Если эксперимент будет успешным, мы, возможно, предположим, что спутниковые чистящие средства, которые гарпуны несколько десятков космического мусора, прежде чем деорбит себя с парусом. Это может быть медленным и дорогостоящим, но это все же лучше, чем низкая орбита, которая непрактична. Техника парусного спорта будет работать только на низких орбитах.
Китайская космическая станция Tiangong-1 разрушена
— Новости от 3 апреля 2018 года —
1 апреля китайская космическая станция Tiangong-1 сгорела над Тихим океаном. Это не первый случай, когда космическая станция совершила разрушительное атмосферное восхождение. В 2001 году МИР также был поврежден в Тихом океане. Южный Тихий океан может стать кладбищем космических станций. Вероятно, там также может погибнуть Международная космическая станция (МКС). Для этого мы должны успешно контролировать атмосферное повторное включение этих космических станций, что непросто.
У россиян есть опыт. В дополнение к MIR им удалось контролировать атмосферное восхождение космических станций Салют 4, 5, 6 и 7. На стороне Соединенных Штатов это немного менее славно. Атмосферное вторжение Skylab, добровольно неконтролируемое, закончилось обломками, поражающими населенные районы западной Австралии, к счастью, без потерь. Tiangon-1 был запущен в 2011 году. Это была первая китайская космическая станция. Tiangong-2 был запущен в 2016 году, и ожидается, что в этом году начнется сборка новой космической станции. Он будет намного более массивным с тремя модулями под давлением. Шансы на попадание мусора, к счастью, очень низки, но мы помним, что менее трех месяцев назад пол ракеты разбился в деревне в Китае.
Умножение запусков неизбежно создает больше мусора и больше атмосферных повторных въездов. Мы уже могли сказать, что они стали повседневными или почти. К счастью, большая часть этого мусора недостаточно массивна, чтобы достичь земли. В ближайшие дни двойная пусковая система ракеты Ariane 5, запущенная в мае 2007 года, также должна стать разрушительной. Кусок всего 440 кг. Мы будем иметь право немного побольше с разрушительным падением спутника RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) в 2,7 тонны, запущенного в 1995 году NASA.
Среди других факторов умножения атмосферных повторных записей есть также методы очистки низкой орбиты, например, эксперимент RemoveDebris, который был запущен вчера с ракетой Falcon 9. Он попытается захватить CubeSat другим спутником, а затем все упадет в верхнюю атмосферу. Возможно, через несколько десятилетий ночи Земли будут освещены искусственными стрелковыми звездами, свидетелями интенсивной активности человека в космосе.
Лазеры могли удалять космический мусор с орбиты Земли
— Новости от 23 января 2018 года —
Со всеми запусками Smallsats мы задаемся вопросом, не станет ли орбита Земли не свалкой. Умножение объектов на орбите умножает риск столкновения. На орбите стоят машины стоимостью миллиарды долларов и даже человеческие жизни. Космические агентства и частные компании пытаются найти решение этой проблемы. Даже Китай все больше и больше участвует в решении этой проблемы. И все же, это было далеко не очевидно, поскольку облако обломков, находящееся в настоящее время на орбите, в значительной степени было создано во время китайского противотанкового ракетного испытания в 2007 году. Это облако обломков даже нанесло значительный ущерб российскому спутнику в 2013 году. Китай выводит на орбиту больше и больше спутников, и теперь приходится беспокоиться о своих обломках и других космических агентствах. На данный момент действия ограничиваются десорбцией спутников и космических станций в конце их жизни. Космическая станция Tiangong-1 скоро вернется на Землю.
Университет, связанный с ВВС Китая, предлагает использовать лазеры для очистки орбиты. Цель состоит не в том, чтобы использовать эти лазеры для дезинтеграции мусора, что было бы контрпродуктивным, потому что вы получили бы меньшие обломки. Подход университетской команды немного более тонкий. Они думают, что, нацеливаясь на небольшую часть космического мусора, можно дать ему ускорение и, таким образом, изменить его траекторию и, таким образом, иметь возможность ее ослабить.
Для достижения оптимальных результатов лазер следует помещать на космическую станцию. Но Соединенные Штаты Америки не поддерживают присутствие китайского лазера на орбите. Трудно судить, начинается ли этот подход с реальной доброй воли или это просто предлог для установки лазеров в космос. В конце концов, лазеры могут также работать над целями, которые еще не являются космическим мусором. В какой-то мере это может быть воспринято как нарушение космического договора, запрещающего размещение оружия массового уничтожения в космическом пространстве, а Китай является одним из его подписавших с 1980-х годов.
Brane Craft, концепция очистки космического мусора с орбиты Земли
— Новости от 26 сентября 2017 года —
Космический мусор — это растущая опасность. Они увеличивают риск столкновения со спутниками и другими объектами, которые тяготеют вокруг Земли. НАСА работает над этим вопросом, развивая с Aerospace Corporation Brane Craft, небольшой космический аппарат на один метр на один метр и толщину меньше человеческого волоса. Он работает, обертывая себя вокруг своей цели, чтобы захватить ее. Это все еще концепция исследований для НАСА, но решение является особенно изобретательным и экономичным, если технические проблемы, которые его сопровождают, могут быть решены.
NASA только что возобновило двухлетний грант своей партнерской компании для продолжения исследований на микроскопах. Чтобы отменить орбиту своей цели, Brane Craft будет использовать электрический двигатель. Его поверхность покрыта фотогальваническими ячейками, а ее топливо хранится в 10 микрометрах, разделяющих два листа каптона, составляющих космический корабль. Набор весит всего 80 грамм, но он способен де-орбитать космический мусор на 2 кг на низкой орбите. Движение будет обеспечиваться электродвигателем с электрораспылением, формой электростатического двигателя, который также будет миниатюризирован, чтобы соответствовать толщине волос. Набор кажется очень эффективным с определенным импульсом 4000 секунд в условиях солнечного света на орбите Земли. Интерес состоит в том, чтобы запустить несколько тысяч этих Brane Craft с одной ракетой, что позволит быстро и с низкой стоимостью очистить низкую орбиту.
Но есть еще много проблем, прежде чем они могут быть отправлены на захват космического мусора. По оценкам Aerospace Corporation, ультраминиатюризация стоит дорого, а Brane Craft обойдется в $ 5000 всего за 80 граммов. Электроника и материалы, используемые для изготовления Brane Craft, должны выдерживать по крайней мере десять дней в экстремальных условиях пространства. Но если Aerospace Corporation справится с развитием Brane Craft, тогда у компании будут возможности, которые выходят далеко за рамки простой очистки космического мусора на орбите Земли. Из-за очень низкого веса и большой площади поверхности солнечных панелей космический корабль будет иметь избыточное соотношение мощности к весу. Действительно, на самом деле он мог бы выходить на орбиту вокруг Нептуна, имея только 27 граммов топлива, содержащегося в космическом корабле. Но усилия по миниатюризации и исследования по предоставленным материалам по-прежнему велики.
Изображение сотрудника НАСА [Public Domain], через Википедия
источники
