Het proces van ruimteverkenning, dat praktisch in het midden van de 20e eeuw begon, wordt meestal positief gepresenteerd als een nieuwe fase in de ontwikkeling van wetenschappelijke en technologische kennis. Echter, al na de lancering van de eerste satelliet, begon parallel een heel ander negatief proces, geassocieerd met de verstopping van banen nabij de aarde. Door de mens gemaakt puin in de ruimte vormt een groot aantal bedreigingen voor zowel ruimtevaartuigen als de aarde.
Bronnen van ruimtepuin
Garbage verwijst in dit geval naar derivaten van door de mens gemaakte aard, die zeer divers zijn, maar worden geassocieerd met directe menselijke activiteit. Zo vormen natuurlijk voorkomende meteoroïden geen bedreiging, in tegenstelling tot door de mens gemaakt afval, dat een bedreiging vormt vanwege het lange verblijf in een lage baan om de aarde.
Dus, waar komt het gevaarlijke puin vandaan in de ruimte? Het meeste isgegenereerd tijdens het lanceren van satellieten en het lanceren van andere voertuigen in een baan om de aarde. Bij dergelijke processen zijn noodzakelijkerwijs begeleidende bemande of automatische schepen betrokken, die technische voorwerpen en verbruiksgoederen achterlaten. De gevaarlijkste bron van dit soort vervuiling is de vernietiging van satellieten en schepen in een baan om de aarde, waardoor onbeheerde apparatuur en structurele onderdelen van vliegtuigen in de ruimte blijven. Op zichzelf vormen de fragmenten na de crashes van apparatuur of in het proces van de geplande lozing van afval geen ernstige bedreiging in een enkel nummer. Bij langdurige accumulatie worden echter grote objecten gevormd, vaak met een hoog radioactief potentieel, waardoor het moeilijk is ze te vernietigen.
Een belangrijke rol in de processen van vorming van gevaarlijk puin wordt gespeeld door het effect van de "ouderdomsdegradatie" van puin van ruimtevoorwerpen in een agressieve omgeving. Dezelfde ophopingen van puin worden negatief beïnvloed door kosmisch stof, straling, extreme temperaturen, zuurstofoxidatie, enz. Men heeft dus niet alleen te maken met fysieke elementen die een botsingsgevaar vormen, maar met ongecontroleerde en explosieve materialen die het risico vergroten van rampen.
Monitoring van ruimtepuin
De bestaande gevaren die samenhangen met de aanwezigheid van ruimtepuin vereisen ook constant onderzoek naar banen in de buurt van de aarde. Speciale apparaten scannen door de mens gemaakt afval op verschillende kenmerken, waaronder grootte, massa, vorm, snelheid,traject, compositie, enz. Afhankelijk van de afstand tot de aarde wordt bepaalde apparatuur gebruikt. De lage baan om de aarde van het LEO-systeem bijvoorbeeld, bestrijkt conventioneel een afstand van 100 tot 2000 km. Radiotechniek, radar, optische, opto-elektronische, laser- en andere apparaten voor het observeren van ruimtepuin werken in dit spectrum. Tegelijkertijd worden speciale algoritmen ontwikkeld om de informatie die op deze apparaten wordt ontvangen te analyseren. Om een reeks gefragmenteerde gegevens te combineren, worden complexe wiskundige rekenmodellen gebruikt, die een relatief compleet beeld geven van wat er gebeurt in een bepaald waarnemingsgebied.
Ondanks het gebruik van hightech monitoringmethoden, zijn er nog steeds problemen met het volgen van kleine deeltjes van slechts enkele millimeters. Dergelijke fragmenten kunnen slechts gedeeltelijk worden bestudeerd door sensoren aan boord, maar dit is niet voldoende om uitgebreide informatie te verkrijgen over bijvoorbeeld de chemische samenstelling van het object. Een van de aanwijzingen voor het monitoren van dergelijke deeltjes is de zogenaamde passieve meting. Volgens dit principe werden ooit de componenten van het Mir-ruimtestation dat naar de aarde was teruggekeerd, bestudeerd. De essentie van deze technologie is het registreren van de effecten van de bestudeerde deeltjes op het oppervlak van het apparaat in de open ruimte. In laboratoria zijn verschillende soorten schade geanalyseerd, waardoor aanvullende informatie over ruimteschroot kon worden verkregen. Tegenwoordig werken teams van kosmonauten langs dit onderzoekspad direct in een baan om de aarde en inspecteren ze de oppervlakken van operationele ruimtevaartuigen.
Verspreiding van puin in de ruimte nabij de aarde
Bewaking van de ruimte wijst op een ongelijkmatige verdeling van puin van verschillende typen in banen. De grootste clusters worden waargenomen in het gebied met een lage baan - vooral in vergelijking met hoge banen kan het verschil in dichtheid duizendvoudig zijn. Tegelijkertijd is er een relatie tussen de dichtheid van clusters en deeltjesgroottes. De ruimtelijke dichtheid van middelgroot puin is meestal lager in hoge banen dan in lage banen, in een kleinere verhouding dan bij grofkorrelige elementen.
De kenmerken van de verspreiding van ruimtepuin rond de aarde worden beïnvloed door een aantal factoren, waaronder de kenmerken van de oorsprong. Zo hebben kleine fragmenten gevormd als gevolg van de vernietiging van delen van het station of satellieten instabiele snelheidsvectoren. Wat betreft groot puin, vanwege de hoge dynamiek kan het grote hoogten tot 20.000 km bereiken en zich ook in de geostationaire ring verspreiden. Op 2000 km-niveau is er een ongelijke verdeling met punten van dichtheidstoename op 1000 en 1500 km in het bijzonder. Trouwens, de geostationaire baan is het meest verstopt en in zijn gebied wordt een hoge neiging van puin om te drijven geregistreerd.
Ontwikkelingstrends voor ruimtepuin
Ruimtewetenschappers maken zich meer zorgen over potentiële in plaats van huidige bedreigingenpuin in banen om de aarde. Op dit moment suggereren studies een toename van de vervuilingsgraad met 4-5% per jaar. Bovendien is de rol van lanceringen van ruimtevaartuigen nog niet betrouwbaar beoordeeld in termen van de groei van de populatie vreemde lichamen in verschillende banen. Grote objecten zijn vatbaar voor voorspellingen, maar, zoals al opgemerkt, de beperkte informatie over klein puin, zelfs in de nabije ruimte, stelt ons niet in staat om met een hoge mate van objectiviteit te spreken over de kenmerken van massaafval. Desondanks trekken wetenschappers twee ondubbelzinnige conclusies over klein puin:
- Het volume van kleine deeltjes dat wordt gevormd als gevolg van vernietiging neemt gestaag toe met het toenemen van het aantal botsingen. Zowel in laboratoriumomstandigheden als in theoretische studies is aangetoond dat kleine fragmenten een aanzienlijk deel uitmaken van elementen die worden gescheiden van objecten van vernietiging.
- Zeer kleine deeltjes in de vorm van dezelfde botsingsproducten zijn gevoeliger voor de negatieve effecten van externe krachten. Het effect van degradatie wanneer puin zich lange tijd in agressieve omstandigheden bevindt, vermindert de kans op een betrouwbare beoordeling van de toekomst van dergelijke ophopingen.
Het is duidelijk dat de problemen met het vinden van puin in de ruimte alleen maar erger zullen worden, wat de vaststelling van passende maatregelen vereist. Maar zelfs met een volledige stopzetting van ruimtegerelateerde projecten, zal de baan om de aarde blijven verstopt raken als gevolg van de botsing van bestaande vervuilingselementen met natuurlijke deeltjes. Door traagheid zal dit proces nog minstens 100. doorgaanjaar.
Soorten effecten van ruimtevervuiling
De gevaarlijkste negatieve gevolgen van de invloed van ruimtepuin zijn de volgende:
- Ecologische schade aan de aarde. Op zich brengt de aanwezigheid van technogeen afval in de nabije baan om de aarde een verandering in de ecologische achtergrond met zich mee en schendt de oorspronkelijke zuiverheid van de omgeving. Volgens astronomen-waarnemers vordert het proces van het verminderen van de transparantie van de ruimte nabij de aarde al, wat ook de aanwezigheid van interferentie met de werking van radioapparatuur verklaart. Direct voor de aarde kan men het gevaar opmerken van vallende onderdelen met brandstofmaterialen die de werking van straalmotoren verzekeren.
- Puin vallen op de aarde. Zelfs zonder radioactief effect kan de val van door de mens gemaakt afval uit de nabije ruimte catastrofale gevolgen hebben. Tot op heden hadden de grootste gelande objecten een massa van niet meer dan 100 ton, maar dit vormde geen ernstige bedreiging voor de planeet. Aan de andere kant, naarmate de intensiteit van de obstructie van de baan van de aarde toeneemt, zal dit scenario steeds somberder worden.
- Gevaar voor ruimtebotsing. Onderschat de schade van ruimtepuin voor de apparatuur die wordt gebruikt bij vluchtondersteuning niet. Dezelfde effecten van grote en kleine deeltjes kunnen leiden tot aanzienlijke verstoringen in de werking van apparaten, en grote ongevallen brengen de vooruitzichten voor de uitvoering van dure ambitieuze projecten in gevaar.
Restschadebeoordelingssystemenonzin
Allereerst wordt de reeds gevestigde praktijk van het analyseren van de effecten op het oppervlak van ruimtevaartuigen toegepast door extern onderzoek door de kosmonauten zelf. Zoals hierboven vermeld, kunnen de resultaten van dergelijke onderzoeken verder worden gebruikt om de kenmerken van afval te bepalen. De meest nauwkeurige analytische informatie wordt echter alleen geleverd door laboratoriumtests waarbij de doelmaterialen kunstmatig worden beïnvloed. Een imitatie van een botsing van apparatuur met puin in de ruimte wordt gerealiseerd door ultrahoge snelheidsimpacts. Verder worden door middel van computer- en digitale modellering de verkregen gegevens verwerkt met een analyse van de kenmerken van de schade en de mechanica van de impact op het doelobject. Tot de belangrijkste indicatoren behoren eigenschappen als sterkte, behoud van functionaliteit, overlevingskansen van afzonderlijke componenten, de mate van fragmentatie, enz.
Bepalen van het dreigingsniveau van ruimtepuin
Zelfs bij de ontwerpfasen van orbitale stations en ruimtecomplexen wordt rekening gehouden met de mogelijkheid van botsingen met verschillende soorten puin. Om de optimale ontwerpbetrouwbaarheid te berekenen, worden gegevens gebruikt over de specifieke omgeving waarin het apparaat zal worden gebruikt. Tegelijkertijd is de onnauwkeurigheid van experimentele en analytische methoden voor het inschatten van dreigingen nog steeds een groot probleem. Puin in de ruimte kan slechts tot op zekere hoogte worden onderzocht, wat het voor ontwerpers moeilijk maakt om voertuigen goed voor te bereiden op botsingen met hoge snelheid. VoorVoor een geschatte dreigingsbeoordeling wordt het concept van algemene stromen van ruimteschroot gebruikt, die mogelijk op het pad van het ruimtevaartuig kunnen worden aangetroffen. Verdere gegevens worden weergegeven over de fluxdichtheid, snelheid, aanvalshoeken en het aantal verwachte effecten.
Manieren om bedreigingen van puin in de ruimte te verminderen
Het relatief lage niveau van monitoring en karakterisering van ruimteschroot met zijn voorspelling is slechts een deel van het probleem. In het huidige stadium worden specialisten geconfronteerd met een aantal problemen die verband houden met het verminderen van de risico's van de negatieve impact van door de mens gemaakt afval in de ruimte. Tegenwoordig worden twee richtingen overwogen om dit probleem op te lossen. Ten eerste is dit een algemene vermindering van vluchten, evenals het minimaliseren van technologische processen die leiden tot verstopping van banen op verschillende niveaus. Ten tweede kunnen we praten over de structurele optimalisatie van voertuigen met het verminderen van onderdelen die mogelijk ruimtepuin kunnen worden. Speciale aandacht in ruimtecontrolesystemen wordt tegenwoordig besteed aan besmetting met radioactieve stoffen. Dit betreft de minimalisering van motoruitlaatproducten tot aan de overgang naar fundamenteel nieuwe brandstofbronnen.
Vooruitzichten voor de strijd tegen puin in de nabije ruimte
Actief werk aan de regulering van ruimtevaartactiviteiten op mondiaal niveau geeft reden tot optimisme bij het beoordelen van de ontwikkeling van de situatie in de toekomst. Zorgvuldige houding ten opzichte van de netheid van orbitale omgevingen is opgenomen in de concepten van strategische programma's van de grootste staten, die bijdragen aande grootste bijdrage aan de strijd tegen puin in de ruimte. Reiniging en verwijdering van kleine en grote deeltjes naar polygoonbanen is een van de belangrijkste gebieden bij het zuiveren van de ruimte van door de mens veroorzaakte vervuiling, maar er zijn nog geen effectieve methoden om dit concept te implementeren. Dit is een technologisch moeilijke taak, dus de nadruk ligt op dit moment nog steeds op manieren om menselijke activiteiten in de ruimte te optimaliseren.
Conclusie
Een van de radicale manieren om problemen met ruimtepuin op te lossen, is om volledig te stoppen met het lanceren van orbitale stations en satellieten totdat er nieuwe en meer betaalbare manieren verschijnen om de nabije aarde te reinigen. Maar deze richting is ook utopisch vanwege een aantal economische en technologische redenen. Toch zijn er voorwaarden om de situatie ten goede te veranderen. Zelfs als je tientallen jaren terugkijkt, kun je fundamentele veranderingen opmerken in de houding van de persoon zelf ten opzichte van dit probleem. Dus als tijdens de operatie van het Mir-ruimtestation de gebruikelijke praktijk de directe afgifte van de afvalproducten van de bemanning was, dan is dit vandaag de dag onmogelijk voor te stellen. Er worden steeds strengere regels ingevoerd om de processen van het zijn in de ruimte te reguleren. Dit blijkt ook uit internationale verdragen, volgens welke landen die deelnemen aan ruimteactiviteiten verplicht zijn zich te houden aan de principes van het verminderen van de negatieve impact op de ecologische situatie in het nabije aardse milieu.
