Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение
«Бодеевская средняя общеобразовательная школа»
Лискинского района Воронежской области
Учебно-исследовательская работа
на тему
«Космический мусор»
Выполнила:
учащаяся IX класса
Панфилова Татьяна
Руководитель:
Милосердова
Ирина Борисовна
Бодеевка, 2018
СОДЕРЖАНИЕ
|
| ВВЕДЕНИЕ | 3 |
| 1 | КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР | 4 |
| 1.1 | Причины появления космического мусора | 4 |
| 1.2 | Опасность космического мусора для Земли | 5 |
| 1.3 | Опасность космического мусора для космических аппаратов | 6 |
| 1.4. | Влияние космического мусора на атмосферу | 7 |
| 2 | СПОСОБЫ БОРЬБЫ С КОСМИЧЕСКИМ МУСОРОМ | 9 |
| 3 | СОЦИОЛОГИЧЕСКИЙ ОПРОС | 12 |
|
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ | 13 |
|
| СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ | 14 |
ВВЕДЕНИЕ
Экологические проблемы, связанные с загрязнением воды, почвы и воздуха нашей планеты, относятся к глобальным проблемам. Их решением занимается все человечество. Но про огромное количество мусора, находящегося на орбите Земли, забывают. Космическое пространство постепенно становится частью деятельности человека, происходит расширение понятия «окружающая природная среда», которая включает в себя и околоземное космическое пространство. Скопление мусора в околоземном космическом пространстве, образовавшееся там за последние пятьдесят лет, является побочным эффектом исследований космоса. Космический мусор представляет большую угрозу для нашей планеты.
В своей работе я решила выяснить, какие способы борьбы с космическим мусором существуют. Для достижения цели я поставила следующие задачи:
1.Выявить причины появления «космического мусора» на орбитах Земли.
2.Изучить его влияние на атмосферу и околоземное пространство.
3.Определить пути решения проблемы космического мусора.
4.Провести анкетирование учащихся МКОУ «Бодеевская СОШ».
Гипотеза: существуют способы борьбы с космическим мусором.
Объект исследования: космический мусор.
Предмет исследования: влияние космического мусора на загрязнение околоземного пространства и способы борьбы с космическим мусором.
Метод исследования: анкетирование, анализ, синтез, изучение теоретического материала.
КОСМИЧЕСКИЙ МУСОР
Причины появления космического мусора
В общее понятие «космический мусор» входят 2 типа мусора. Это:
1) астероиды и кометы, блуждающие по Солнечной системе и засоряющие ее;
2) детали отработанных космических аппаратов, которые вращаются около Земли или летят к другим планетам и спутникам, а в дальнейшем станут таким же мусором у этих объектов Солнечной системы. [1]
Чаще всего термин «космический мусор» относят ко второму типу.
Вывод на орбиту любого спутника сопровождается образованием технологического мусора: взрывные болты, временный крепеж, элементы защитного покрытия, ступени ракет и разгонные блоки, кусочки краски и защитного покрытия, отвалившиеся от обшивки земной техники. В ступенях иногда остается неотработанное топливо, которое легко превращается в пар и может привести к мощным взрывам. Даже после нескольких лет пребывания в космосе использованные ступени ракет неожиданно взрывались, разбрасывая вокруг себя шрапнель из мелких осколков. За последние годы в околоземном пространстве было отмечено порядка двухсот подобных взрывов. [4]
Например, 19 декабря 2001 года взрыв последней ступени индийской ракеты-носителя PSLV стал причиной образования около 500 крупных обломков.
Еще один способ образования мусора - работа твёрдотопливного двигателя. Во время его работы образуются и выбрасываются из сопла тысячи килограммов продуктов горения в виде пылевидных частиц, например, оксида алюминия. Эти выбросы способны химически засорять околоземное пространство, подвергать коррозии поверхности космических аппаратов, и повреждать их наиболее уязвимые части - оптические поверхности приборов, иллюминаторы, солнечные панели. Размеры этих частиц по теоретическим расчетам обычно не превышают 10 мкм. Зато их количество, выбрасываемое за полный цикл работы двигателя, может быть больше 1000. [8]
Загрязнение космоса происходит и при столкновении космических аппаратов. Так, после испытания китайской противоспутниковой ракеты в 2007 году, которая уничтожила спутник на полярной орбите высотой более 800 км, появилось свыше двух тысяч обломков. Вторым инцидентом стало столкновение выведенного из эксплуатации в 1995 году спутника «Космос-2251» и действующего спутника Iridium 33, которое произошло 10 февраля 2009 года. Это первый в истории случай, когда столкнулись два космических аппарата. В результате образовалось около 2000 обломков. В результате этих столкновений число обломков на орбите увеличилось более чем на треть. Сейчас количество мусора растёт очень быстро, примерно на 5% в год, и новые масштабные столкновения неизбежны. [3]
1.2. Опасность космического мусора для Земли
Космический мусор представляет большую опасность для Земли. Над главными космическими державами - Россией и США – собралось наибольшее количество такого мусора, который в основном скапливается на высоте 850-1500 км от Земли и на высоте полета космических кораблей (250-350 км). На мусор действует сила гравитации, и поэтому он постепенно приближается к Земле. Космический мусор, находящийся ниже 600 км над Землей, входит в атмосферу планеты уже через несколько лет после своего возникновения, для более удаленных отходов на это требуются десятилетия или столетия. Попав в верхние слои атмосферы, мелкий космический мусор сгорает, не достигая нескольких десятков километров до поверхности планеты, а значит, не угрожает жизни людей и прочих обитателей Земли. Иначе обстоит дело с более крупным мусором. Некоторые ученые утверждают, что он способен пройти через все слои атмосферы и достигнуть земной поверхности. Например, в конце сентября 2011 года на Землю упала основная часть американского научного спутника UARS, который столкнулся с неизвестным предметом. 26 обломков спутника пролетели мимо территории Канады и Африки и упали в водных просторах Тихого, Атлантического и Индийского океанов.
Среди космического мусора встречаются и радиоактивные объекты. В 1978 году на территорию Канады упал советский спутник морской разведки «Космос-954», который был оснащён ядерным реактором с 30 кг обогащённого урана-235. Обломки спутника вызвали радиоактивное заражение местности, что привело к большому международному скандалу.
Известно также, что системы охлаждения некоторых спутников дали течь, из-за чего на орбиту попали тысячи капель натрий-калиевого охладителя, которые теперь тоже вращаются вокруг Земли. Они, в отличие от реакторов спутников, не представляют опасности для планеты, но могут повредить космические аппараты. [3]
1.3. Опасность космического мусора для космических аппаратов
Космический мусор очень опасен для космических аппаратов. Сегодня некоторые ученые высказывают опасения о том, что дальнейшее его накопление может привести к прекращению запусков спутников и полетов в космос. Дело в том, что тела, находящиеся на земной орбите, движутся по ней с первой космической скоростью — почти 8 км\с, и, при нечаянном столкновении с космическим аппаратом, могут нанести ему существенный вред. На низких орбитах вывести из строя искусственные спутники Земли могут фрагменты размером в 1 см, на более высоких орбитах существенный вред могут нанести фрагменты размером 3 см.
Эксперт Хейнер Клинкрад из Европейского космического агентства в Дармштадте утверждает, что десятисантиметровые объекты движутся на орбите со скоростью в 26000 км/ч и развивают относительную скорость до 50000 км/ч. При столкновениях с объектом размером 1 см освобождается энергия, эквивалентная взрыву ручной гранаты. А миллиметровые частицы могут пробить скафандр. [3]
За последние десятилетия известно несколько случаев повреждения спутников, пассажирских космических кораблей и орбитальных станций находящимся в околоземном пространстве мусором. Например, в 1983 году маленькая песчинка (менее 1 мм в диаметре) оставила серьёзную трещину на лобовом стекле шаттла «Челленджер». В другом случае мусор пробил насквозь радиаторную панель шаттла «Индевор». В 2006 году неожиданно пропала связь с российским телекоммуникационным спутником «Экспресс-AM11». Удар микрочастицы мусора повредил систему терморегулирования, спутник быстро перегрелся и вышел из строя.
Сегодня МКС или спутники могут прибегать к щитам для отражения мчащихся в их сторону небольших обломков или попробовать от них уклониться, если объект настолько большой, что его можно заблаговременно увидеть. Например, в ноябре МКС была вынуждена уклоняться от обломков американского спутника Iridium 33. На 6,5 минут были запущены двигатели, за счет чего траектория полета была поднята на примерно 500 метров. В общей сложности, МКС прибегала к подобному маневру шесть раз. [2]
В январе 2017 года в ежеквартальном отчете Отдела по слежению за орбитальным мусором NASA было зафиксировано 17876 единиц объектов искусственного происхождения на околоземной орбите, отслеживаемых средствами контроля космического пространства США. Тремя месяцами ранее объектов было на 59 меньше. В число отслеживаемых объектов вошло 4303 космических аппаратов (функционирующих и "мертвых") и 13573 ступеней ракет-носителей, разгонных блоков и фрагментов различного происхождения. [9]
1.4. Влияние космического мусора на атмосферу
Космический мусор влияет на атмосферу Земли. Современные мощные ракеты-носители при выведении на орбиту полезной нагрузки массой в несколько десятков тонн расходуют топлива в 20-30 раз больше массы полезного груза. Например, при массе полезного груза 100 т, стартовая масса американской ракеты «Сатурн-5» составляла 2900 т. При каждом пуске ракеты в атмосферу выбрасываются сотни тонн продуктов горения. В результате в атмосферу ежегодно поступает более 20 млрд. т углекислого газа и свыше 700 млн. т других газообразных соединений и твердых частиц, в том числе около 150 млн. т сернистого газа, который при соединении с атмосферной влагой, образует серную кислоту. Эта кислота может приводить к выпадению так называемых кислотных дождей, отрицательно влияющих на растительный и животный мир.
Загрязнение атмосферы происходит продуктами сгорания спутников, прекращающих свое существование в плотных слоях атмосферы. Но это загрязнение не токсично, и поэтому не должно привести к ее сильному загрязнению.
Но несмотря на это, одним из требований, предъявляемых к материалам космических аппаратов, является выделение минимального количества токсичных веществ при сгорании в атмосфере. [2]
2. СПОСОБЫ БОРЬБЫ С КОСМИЧЕСКИМ МУСОРОМ
В настоящее время проблемой космического мусора занимается Комитет по использованию космического пространства в мирных целях при ООН, а также Координационный комитет по космическому мусору, созданный несколькими национальными космическими агентствами. Для того, чтобы количество мусора хотя бы не увеличивалось, на уровне ООН прописаны (в виде рекомендаций) и согласованы определённые меры. Например, при выводе в космос какого-либо аппарата не должно создаваться излишнее количество различных отделяющихся деталей. Но, к сожалению, это всего лишь рекомендации, которые в настоящее время являются не действительными. [5]
Ученые разных стран предлагают различные методы решения этой проблемы. Одни предлагают усиливать защиту космических аппаратов от ударов мелких частиц, другие — тщательнее контролировать запуски, третьи — закладывать на спутники дополнительное топливо, чтобы их можно было свести с орбиты. Эти меры могут замедлить засорение космоса или спасти корабли, но всё же не решают проблемы. Единственный способ разобраться с космическим мусором — удалить обломки с орбиты. [2]
Орбита захоронения
Для очистки космоса исследователи предлагают оборудовать отслужившие спутники и другие объекты небольшим двигателем для их вывода на орбиту, находящуюся на расстоянии более 35 тысяч километров от земли - орбиту захоронения. Объекты могут продолжать там свой полет и не возвращаются на прежнее «место проживания». Но здесь появляется проблема: для вывода спутника на эту орбиту необходимо дополнительное топливо, а это дорого. И еще надо учитывать тот момент, что под действием солнечной радиации и других эффектов орбита может меняться: как убежать от Земли, так и, наоборот, приблизиться, хотя и медленно. Орбита захоронения является решением только для относительно крупных объектов космического мусора.
Использование спутников
Продолжительность жизни спутников может быть продлена за счет обслуживания в космосе. В роли заправочных станций могут выступать такие системы, как DEOS - спутник-ремонтник, о возможном использовании которого дискутируют сейчас эксперты. При помощи манипулятора спутник DEOS должен захватывать дефектные спутники, и либо ремонтировать их, либо отгружать в более глубокие слои атмосферы, где они сгорают. [2]
Вольфрамовая пыль
Недавно ученые США предложили избавиться от мусора с помощью вольфрамовой пыли, рассеянной вокруг Земли в виде оболочки толщиной до 30 км. При этом облако вольфрамовой пыли должно будет тормозить мелкие обломки, очищая от них околоземное пространство.
Лазер
Новое решение предложено китайскими учеными под руководством Цюань Вэня, исследователя из Инженерного университета ВВС Китая. В своей работе ученые провели численное моделирование, чтобы выяснить, способны ли орбитальные станции, оснащенные мощными пульсирующими лазерными установками, разрушить с их помощью другие спутники.
Планируется, что подобные станции смогут облучать обломки спутников размером более десяти сантиметров в течение двух минут со скоростью 20 импульсов в секунду. С помощью этого метода ученые надеются либо ускорять сход крупных обломков с орбиты, либо отклонять их с курса во избежание разрушительных столкновений. При этом ученые предполагают, что максимальное расстояние, на которое могут эффективно бить такие лазеры, не должно превышать двухсот километров. [3]
Сгорание в космосе
Еще один способ избавления от космического мусора - направить опасные объекты в сторону Земли. На высоте от 600 до 800 километров над поверхностью Земли сопротивление воздуха увеличивается настолько, что продолжительность пребывания объектов на орбите значительно снижается. При входе в атмосферу их скорость снижается, и в результате они сгорают. Новые правила использования космоса будут предусматривать наличие на борту каждого искусственного спутника резервные запасы топлива, позволяющие по истечении срока его годности направить спутник к Земле или перевести его в специально отведенные для этого районы околоземных орбит. Кроме этого, разгонные блоки ракет обязаны снабжаться системами слива топлива, во избежание их последующего взрыва. Однако атмосфера Земли не всегда пригодна для сжигания мусора. Если обломки довольно большие, нет гарантии, что они полностью сгорят в атмосфере и не обрушатся на землю.
Сети
Американская компания Star Tech по заказу исследовательского управления военного ведомства работает над системой, при помощи которой космический мусор отлавливается чем-то вроде сети. Вариантов использования сетей несколько. Можно создать большую электродинамическую сеть, которая будет замедлять куски мусора, из-за чего они гораздо быстрее будут падать на Землю, сгорая в атмосфере. Или сделать гигантскую сферу из сверхлёгкого пористого материала (аэрогеля), которая будет принимать на себя удары мелких частиц мусора и ловить их или, по крайней мере, замедлять.
Некоторые идеи больше похожи на сюжеты из фантастических фильмов.
Воздушный взрыв
Американский инженер Дэниел Грегори предложил использовать воздушный шар или самолет, способный летать в разреженной атмосфере, которые будут создавать воздушные взрывы, чтобы сбить с пути низкоорбитальный космический мусор.
Солнечный парус
Британское предложение под названием CubeSail будет использовать тягу солнечного паруса для вывода космического мусора на более низкую орбиту. Парус можно построить при помощи более маленьких спутников. [5]
В настоящее время все эти технологии существуют лишь на бумаге. Но процесс все же понемногу сдвигается с мёртвой точки. Уже в ближайшие годы пройдут первые эксперименты по отработке некоторых из упомянутых технологий.
3. СОЦИОЛОГИЧЕСКИЙ ОПРОС
Чтобы понять, насколько современная молодежь информирована о проблемах загрязнения космоса и околоземного пространства на сегодняшний день, среди учащихся МКОУ «Бодеевская СОШ» было проведено анкетирование. Результаты представлены ниже:
1. Влияет ли запуск ракет на озоновый слой?
Большинство учащихся считают, что влияет.
2. Знаете ли вы, что такое «космический мусор»?
Более 90 % опрошенных смогли дать формулировку этого термина.
3. Куда деваются отработавшие спутники?
К сожалению, более 80 % имеют ошибочное мнение о том, что сломанные спутники сгорают в атмосфере. 6 % считают, что падают в океаны и 13 %, что падают на Землю.
4. Что нужно делать с отработавшими спутниками?
Больше 50 % выбрали вариант «собирать специальными космическими мусоросборниками и отправлять на Землю», 35% считают, что их нужно переплавлять и 12% - «взрывать в космосе».
5. Нужно ли продолжать космические исследования, если загрязнение околоземного пространства станет значительным?»
Около 66 % процентов считают, что нужно продолжать исследования космоса, несмотря ни на что. Остальные 34 % ответили, что не нужно.
Итак, из этого опроса можно сделать вывод о том, что тема достаточно актуальна, но, на данный момент еще не все, и даже не большинство, знают о том, каким образом борются с космическим мусором и куда вообще деваются сломанные спутники, ведь верный ответ выбрало наименьшее число опрошенных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, в ходе выполнения работы я узнала о причинах появления «космического мусора» на орбитах Земли, изучила его влияние на Землю и атмосферу, провела социологический опрос. Гипотеза о существовании способов борьбы с мусором подтверждается с теоретической точки зрения, а практически эти способы пока не используются. В будущем мусор может стать препятствием для запусков новых космических аппаратов. Если вовремя не предотвратить размножение его по орбите, то это может привести к губительным последствиям, ведь космос становится частью среды обитания и деятельности человека.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Константиновская Л.В. Экология космического пространства. URL: http://www.astronom2000.info (дата обращения 01.03.2018)
2.Лоренцен Мейке, Трёш Томас. В борьбе с космическим мусором (газета Handelsblatt, 25.04.2013). Электронный журнал «ИНОСМИ.РУ». URL: https://inosmi.ru/world (дата обращения 01.03.2018) 3.Размыслович К. Космический мусор: как очистить орбиту? Электронный журнал «Мир фантастики», № 139 (март 2015). URL: https://www.mirf.ru/science (дата обращения 03.03.2018)
4.Слепченко Е.А., Чулкин А.Л. Методы борьбы с космическим мусором. Электронный журнал «Актуальные проблемы авиации и космонавтики», 2014 г. URL: https://cyberleninka.ru/journal/n/aktualnye-problemy-aviatsii-i-kosmonavtiki (дата обращения 12.03.2018)
5.Хель И. Семь способов собрать космический мусор. Электронный журнал «Hi-News». URL: https://hi-news.ru/space/sem-sposobov-borby-s-kosmicheskim-musorom (дата обращения 15.03.2018)
6.URL: http://www.musorshik.ru/tiding/kosmomusor (дата обращения 01.03.2018)
7.URL: http://hitech-news.ru/news/chem-grozit-chelovechestvu-kosmicheskij-musor (дата обращения 01.03.2018)
8.URL:http://www.libed.ru/knigi-nauka/316106-3 (дата обращения 05.03.2018)
9.URL:http://www.astro.websib.ru/kosmo/xrono/2017 (дата обращения 05.03.2018)
1 969
25 587 
