Космический мусор - как стихийное бедствие

Зеленодольский район с.Осиново

МБОУ «Лицей имени В.В.Карпова»

Космический мусор – как стихийное бедствие

Работу выполнил-

ученик 9б класса

Ильясов Р.

Зеленодольский район с.Осиново

Ул. Центральная, 5-4

МБОУ «Лицея им.В.В.Карпова»

Руководитель-  учитель физики

Нутфуллина Л.Г.

2012год

Содержание

1. Введение

2. Космический мусор

        Что такое космический мусор?

        Вред космического мусора

3. Как же очистить орбиты от мусора?

          Возможные способы утилизации мусора.

4. Заключение

5. Литература

Пока еще человек не в состоянии производить столько космического мусора,

сколько его производит Вселенная, но мы неуклонно движемся к этому "прогрессу".(слайд 1)

Введение

Человечество не слишком бережно относится к родной планете, иначе проблема загрязнения окружающей среды не стояла бы сегодня так остро. Но если наша Земля имеет всё же ограниченные размеры, то уж Вселенная-то бесконечна, и её, казалось бы, мусором не завалишь. Как бы не так! Законы гравитации заставляют большую часть космического мусора накапливаться в околоземном пространстве. Между тем, хотя с начала освоения космоса прошло менее полувека, что по меркам Вселенной – малый промежуток времени, – человечество за столь короткий срок не только успело произвести более 4-х тысяч запусков ракет-носителей, но и умудрилось изрядно засорить космическое пространство. (слайд 2)

Земля окружена огромным облаком космического мусора – отработавшими ступенями ракет, вышедшими из строя или отключенными спутниками, и, что самое главное, обломками, образовавшимися после столкновений. (слайд 3)По оценкам NASA, недалеко от Земли летает около 22000 обломков размером с футбольный мяч и больше. Обломков размером 1 миллиметр, представляющих заметную опасность, могут быть миллионы. Вся эта гора мусора представляет опасность для примерно тысячи работающих на орбите спутников, в том числе – для МКС, которая все чаще совершает или готовиться совершить маневры по уклонению от мусора.

         Некоторые специалисты считают, что количество мусора достигло критического значения, после которого начинается неостановимый лавинообразный рост мусора из-за его столкновения с самим собой, и даже если остановить все запуски, скоро через околоземную орбиту будет не пробиться. Примером такого сценария служит столкновение рабочего спутника Иридиум-33 с отработавшим военным советским аппаратом, в ходе которого образовалось 2000 осколков достаточного для обнаружения размера и еще больше мелких, невидимых с Земли.

Проблема космического мусора становится сейчас одной из наиболее актуальных задач в области освоения космического пространства. Пока этой задачей занимаются ученые в рамках научно-исследовательских работ, но они все чаще заявляют о том, что пора от слов и формул переходить к делу, так как чем дольше мы ждем, тем сложнее будет затем справиться с проблемой.

Мной был проведен небольшой социологический опрос. (слайд 4) Как видим, информацией не обладают большая часть опрошенных.

Космический мусор

Что же такое космический мусор? (слайд 5) Это вышедшие из строя, однако оставшиеся на орбите спутники, верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей, сброшенные топливные баки, фрагменты разрушенных космических объектов, а также пружины, болты, гайки, заглушки и тому подобная мелочь. Например, рабочая перчатка и отвёртка, упущенные американскими астронавтами во время ремонта одного из «шаттлов». Теперь они рассекают космические просторы со скоростью 28 тысяч километров в час. По оценке специалистов, сегодня в околоземном космическом пространстве находится свыше 200-т тысяч объектов размером более одного сантиметра и свыше 330-ти миллионов объектов размером более одного миллиметра. Из-за них любая космическая миссия связана с немалым риском. (6 слайд)

Три главных источника космического мусора – это, во-первых, обломки после взрывов, затем частицы шлака от твердотопливных ракетных двигателей, и капли жидкого металла из ядерных реакторов. В околоземном пространстве с начала космической эры до сегодняшнего дня имели место в общей сложности 189 взрывов, и все они учтены.

Аварии возникают и из-за «перенаселённости» некоторых орбит. В космосе нет межгосударственных границ, поэтому долгое время космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате ёмкость так называемых «удобных» орбит уже сегодня практически исчерпана. На низких околоземных орбитах, то есть на высотах до двух тысяч километров, сегодня находятся несколько сотен активных и более двух с половиной тысяч уже не действующих спутников, и численность этой флотилии стремительно растёт. Ещё хуже обстоят дела на геостационарной орбите, расположенной на высоте около 36-ти тысяч километров. Её главное достоинство в том, что находящиеся на ней спутники неподвижны относительно Земли. Это позволяет вести с них наблюдение и обеспечивать надёжную связь на территории, превышающей 90 процентов земной поверхности

Вред космического мусора

Впервые о масштабном загрязнении космоса ученые заговорили в 1980-х, когда концентрация мусора на орбите Земли достигла такой плотности, что баллистикам требовалось хорошенько поработать, чтобы безопасно разместить среди него тот или иной спутник. В последнее десятилетие ситуация только ухудшилась. Количество мусора в околоземном пространстве столь велико, что это создает реальную опасность для работающих там автоматических станций. В ближайшем будущем сложности будут нарастать как снежный ком. Основания для этого весьма серьезные.(слайд 7)

Обломки спутника связи "Молния" в ночь на субботу 7 апреля этого года упали в южной части акватории Тихого океана, таковы предварительные данные наземных измерительных приборов. Речь идёт о фрагментах космического аппарата, не сгоревших в плотных слоях атмосферы. Спутник "Молния-1Т" был запущен в августе 1996-го года с космодрома Плесецк с помощью ракеты-носителя "Молния". Расчетный срок службы аппаратов этого типа - два года. "Молния" использовалась, в частности, для обеспечения управления пилотируемыми космическими кораблями

В первую очередь от космического мусора страдают, конечно, объекты, находящиеся на орбите. Мелкие фракции представляют не меньшую опасность, чем крупные. Только представьте крупнокалиберную пулю, движущуюся со скоростью 8–10 км/с. При попадании подобной частицы в действующий космический аппарат сила соударения просто чудовищная. Ни один корабль не выдержит такого столкновения. Если же соударение произошло, облако обломков на орбите расползется по всем направлениям всего за пару недель, угрожая уничтожить и других соседей.

        1983 году экипаж печально знаменитого шаттла Challenger обнаружил на лобовом стекле своего корабля небольшой след от соударения с посторонним предметом. (слайд 8) Кратер был всего 2,5 мм в глубину и столько же в ширину, но заставил сильно поволноваться инженеров NASA. После приземления корабля специалисты тщательно осмотрели повреждения и пришли к выводу, что причиной соударения стала микрочастичка краски, отслоившаяся от какого-то другого космического аппарата.

Пострадала от космического мусора и советская орбитальная станция «Салют-7», поверхность которой была буквально испещрена микроскопическими кратерами от соударения с частицами мусора.

Чтобы предотвратить возможность подобных инцидентов в дальнейшем, станция «Мир» и пришедшая ей на смену МКС были оснащены экранами, защищавшими обитаемые модули от соударений с мелким мусором. Впрочем, и это не помогло. В июне 1999 года тогда еще необитаемая МКС имела все шансы столкнуться с обломком разгонного блока одной из ракет, уже долгие годы вращавшегося вокруг Земли. К счастью, специалистам российского Центра управления полетами (ЦУП) удалось своевременно скорректировать ее орбиту, и обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 км. В 2001 году МКС пришлось предпринимать специальный маневр, чтобы не столкнуться с семикилограммовым прибором, потерянным во время выхода в открытый космос американскими астронавтами. С тех пор станция уворачивается от космического мусора с завидной регулярностью, несколько раз в год.
            Что же касается более низких орбит, то очистить их от вышедших из строя космических аппаратов в принципе возможно: например, использовать остатки топлива для перевода спутников на траекторию снижения. Или применять специальные оболочки для увеличения внешней поверхности космических аппаратов, что способствовало бы их скорейшему вхождению в плотные слои атмосферы. Вот только сгорают они там, к сожалению, не всегда. По оценке крупные объекты вроде орбитальных станций «Союз 6 – Салют», «SkyLab» и «Мир» сгорели лишь на 60-90 процентов. Остальное развалилось на множество фрагментов, которые рассеялись на площади в несколько тысяч квадратных километров. Более того, несколько раз дело чуть было не дошло до радиоактивного заражения местности

Космический мусор представляет опасность и для далеких от космоса землян, падая на их головы в прямом смысле этого слова. (слайд 9) В 1978 году таежные области на севере Канады пострадали от падения советского спутника «Космос-594». Годом позже обломки американской космической станции Skylab рассыпались над пустынными районами Австралии. Мусор может входить в атмосферу со скоростью около 20000 км в час. Большая часть его сгорает в атмосфере, а оставшаяся часть, разрушаясь на куски, несется к Земле, как металлический дождь. Чтобы понять силу падения спутника, представьте себе ущерб, который возникает, когда два поезда, движущихся со скоростью в 100 километров в час, сталкиваются друг с другом. Причем вероятность падения фрагментов космического мусора на жилые районы в 5 раз выше, чем вероятность падения метеорита.

Как же очистить орбиту от космического мусора?

Единственное, что пока могут предложить ученые, – тщательное картографирование космической свалки.(слайд 9) Но и здесь все не так просто. На сегодняшний день только два государства в мире способны эффективно отслеживать поведение космического мусора. Легко догадаться, что это Россия и США, которые, к слову сказать, являются и главными «загрязнителями» космоса. (слайд10) У нас, как и в Америке, существуют уникальные наземные комплексы, позволяющие обнаруживать на низких орбитах кусочки до нескольких сантиметров в диаметре, но необходимо также совместно разрабатывать меры по их нейтрализации. Было бы неплохо создать международную систему слежения, объединить каталоги объектов, разработать общую систему предупреждений о рисках столкновений, только в этом случае можно реально обезопасить полеты. Чтобы на космических дорогах не было аварий, необходимо выработать международные правила космического движения. Первые шаги в этом направлении уже сделаны.
           Одним из первых реальных достижений в деле борьбы с космическим мусором стала выработка новых международных стандартов в отношении искусственных спутников Земли. Теперь на их борту должны присутствовать резервные запасы топлива, чтобы по истечении срока работы увести аппараты в специально отведенные районы околоземных орбит или направить к Земле. Желательно также оснащать спутники дополнительными системами управления, способными в случае поражения аппарата частицами мусора уводить его с рабочих орбит. Предполагается, что «кладбища спутников» будут располагаться на 200–300 км выше зоны геостационарных орбит.
Другой важный шаг – внесение в международные правила использования космоса требования оснащать разгонные блоки ракет системами слива топлива. Оказавшись в космосе, после завершения маневра управляющая электроника в обязательном порядке должна открыть клапаны и выбросить излишки горючего. К сожалению, и этого порой недостаточно. Из-за особенностей топлива и невозможности полностью выбросить его из резервуаров взрываются даже «опустошенные» баки. А значит, должны быть предприняты меры по совершенствованию конструкции космических ракет. (Слайд 11, 12)

Что касается ранее запущенных космических аппаратов с радиоактивными элементами, то они находятся на высоких орбитах со сроком баллистического существования не менее 300 лет. За это время объекты должны стать радиационно-безопасными. Их фрагменты – в случае возможного пробоя корпуса космического аппарата и вытекания радиоактивных веществ в космосе – могут представлять опасность как обычный мусор и создавать некоторый дополнительный радиоактивный фон.

Утилизация мусора

К сожалению, на данный момент эффективных способов уничтожения космического мусора не существует. Собирать обломки при помощи американских шаттлов безумно дорого, да и челноки вот уже несколько лет стоят на приколе. Еще большее безумие сжигать космический мусор при помощи лазера, (слайд 13) 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, слишком уж они дороги.

Уже 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 отстыковывается от спутника и сгорает в атмосфере Земли.

Способ II: неметаллический мусор захватывается способом космического траления, когда между двумя спутниками будет 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 и сгорят.

Способ IV: ученые изобрели новый способ борьбы с космическим мусором. Как это работает? 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.

Первыми на борьбу с мусором выходят швейцарцы.  (слайд 14) В феврале этого года федеральная политехническая школа Лазаньи (Швейцария) запустила масштабный проект по очистке космического пространства от мусора. Проект назван CleanSpace. В ходе этого проекта будет осуществляться очистка космического пространства от останков космических кораблей и спутников, которые представляют серьезную угрозу для действующих орбитальных спутников и Международной Космической Станции. Небольшой аппарат должен быть запущен в 2015 году. Его задача – приблизиться к известному мусору (это будет либо Swisscube, либо TIsat, оба – швейцарские пикоспутники). Затем мусорщик выдвинет роботизированную руку, захватит мусор и пойдет вместе с ним на снижение, чтобы быстро сгореть в атмосфере.

я поддерживаю идею о том, что надо принять специальное международное законодательство обеспечивающее сохранение экологии космического и околоземного пространства.  Необходима программа, в которую должны быть включены вопросы:

1. определение состояния и прогноз засорения космоса;
2. космические наблюдения;
3. создание уникальных космических платформ длительного функционирования;
4.  исследование способов и средств очистки околоземного пространства от «космического мусора».

Заключение

Предотвращением дальнейшего загрязнения космического пространства занимаются несколько международных комиссий, в том числе под эгидой ООН. (слайд 15) 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 имели место. 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. То, что для разработки стратегии по удалению космического мусора есть еще пара десятилетий, хорошо. Потому что сейчас решения нет. Ученые имеют множество идей, от наземных лазеров до космических аппаратов с сетями для сбора мусора. Но эти идеи хороши на бумаге, их реализация зачастую невозможно. А если даже и возможна, то она потребует международного сотрудничества. Также как МКС – международный проект, следующим таким проектом может стать уборка в космосе.

Литература

1. Новости космонавтики №1 2000г. В.Агапов «Новости космонавтики»
2. Проблема космического мусора Л.В. Рыхлова // Земля и Вселенная.-1993 №6.-с.36.
3. Библиофонд. Библиотека научной и студенческой информации «Проблема космического мусора»

Интернет ресурсы:

1. Радиовести. А.Ионин «Проблема космического мусора стоит очень остро» radiovesti.ru
2. Интернет журнал о нанотехнологиях nanodigest.ru
3. wikipedia.ru
4. newtechnology.net.ru
5. newsland.ru
6. liveinternet.ru

Приложение

Презентация