«Экология космоса»

НИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №55»

ЛЕНИНСКОГО РАЙОНА ГОРОДА САРАТОВА

«Экология космоса»

Учитель физики

МОУ «СОШ №55»

г. Саратова

Меняйло Надежда Николаевна

Космос является общим достоянием человечества. Космическое пространство не находится под юрисдикцией какого-либо государства. Деятельность мировых стран в околоземном космическом пространстве играет важную роль в обеспечении их жизнедеятельности, национальной безопасности, экономического, научного и социального развития. Космическая деятельность сегодня как никогда раньше является частью разных коммерческих, научных и военных проектов.

Есть в космосе объекты, которые рукотворны. Уже не одно десятилетие мы отправляем в космос аппараты для изучения космических тел, или же для “комфортного” проживания людей на Земле, и почти забываем об угрозе, которую несут в себе те же неработающие, плавающие в открытом космосе аппараты, отправленные человечеством.

Несмотря на государства, активно занимающиеся космической деятельностью, околоземное пространство уже страдает от негативных последствий, выражающихся в образовании мусора из космических объектов, реально создающих угрозу нормальной космической деятельности. Космические аппараты выходят из строя, а в результате плотность космического мусора на орбите ежегодно увеличивается на 4%.

В 21 веке изучение космоса активно, как никогда. Поэтому очень важно обеспечить безопасность космических полетов в условиях загрязнения околоземного космического пространства и снизить уровень опасности для объектов на Земле при неконтролируемом вхождении космических объектов в плотные слои атмосферы.

Загрязнение космоса

Механическое загрязнение

Оно связано с накоплением космического мусора. Этот термин используется для обозначения совокупности, находящихся в околоземном космическом пространстве тел искусственного происхождения, не выполняющих полезных функций. В состав космического мусора входят прекратившие работу космические аппараты, остающиеся на орбитах последние ступени ракет-носителей, монтажные элементы, сбрасываемые защитные крышки и т.п., а также фрагменты разрушившихся изделий и образующиеся при разрушении и эксплуатации космических аппаратов мелкие частицы. Проблему угрозы космического мусора признали в 1993 году, когда генсек ООН Бутрос Бутрос-Гали выступил с докладом «Воздействие космической деятельности на окружающую среду». В частности, он заявил, что проблема космического мусора достигла международного глобального уровня. 

Стремительное увеличение техногенных космических объектов и фрагментов их столкновений, привело к тому, что они стали представлять реальную угрозу действующим космическим аппаратам и МКС. Данное обстоятельство подтверждается тем, что ежемесячно в центры управления полетов выдаются по 5-10 сообщений с предупреждениями об опасных сближениях космических объектов с космическими аппаратами и МКС на расстоянии менее 15 км.

По данным Роскосмоса: "В настоящее время количество находящихся на орбите объектов, так называемого космического мусора, размер которых превышает один сантиметр в поперечнике, составляет, по разным оценкам, от 600 до 700 тысяч». Лидером по количеству космического мусора являются США, на втором месте - Россия, а на третьем - Китай. На эти страны приходится 93% космического мусора. Ежегодно его общий объем увеличивается на четыре процента.

На сегодняшний день средства мониторинга околоземного космического пространства России способны обнаружить объекты размерами более 30 см и очень редко 5-10 см, вследствие чего в каталоге России – 9000 космических объектов. Объекты размерами от 1 до 10 см пока не занесены в каталог, из-за отсутствия необходимого количества информации, но по-прежнему представляют угрозу безопасности полета космических аппаратов ввиду огромных космических скоростей.

По данным Европейского Космического Агентства вокруг Земли построились в “хоровод” 7000 тонн обломков космического мусора, из них около 29.000 размером более 10 сантиметров, 670.000 1-10 сантиметров и более 170.000.000 от миллиметра до одного сантиметра. Скорость этих обломков достигает до 56.000 км/ч, и я высчитала, что это более 22 раз превышает скорость выстрела автомата Калашникова. По оценкам российских специалистов, в настоящее время в космосе находится более 10 тысяч летательных аппаратов и спутников Земли, при этом функционируют из них только 6%.

Химическое загрязнение

Этот вид загрязнения связан с эксплуатацией ракетно-космической техники, обусловлен работой ракетных двигателей разных типов, которые выбрасывают в космическое пространство газообразные продукты, плазму и твердые частицы. При запусках мощных ракет суммарная масса выбрасываемых продуктов измеряется сотнями тонн. Наиболее известным последствием химического загрязнения является возникновение после запуска мощных ракет так называемых «ионосферных дыр» – областей с пониженной электронной концентрацией, которые образуются в результате взаимодействия продуктов сгорания ракетного топлива с ионосферной плазмой. Некоторое локальное воздействие запуски ракет оказывают также на озонный слой и верхнюю атмосферу. Сохранение озонового слоя – одна из задач экологии. Однако до сих пор действующих средств защиты озонового слоя от выбросов продуктов сгорания ракетного топлива в атмосферу пока нет.

Электромагнитное загрязнение

Электромагнитным загрязнением называют техногенные излучения, проникающие в ионосферу и магнитосферу. Эти излучения, создаваемые различными наземными устройствами и оборудованием космических аппаратов. Бортовые передатчики космических аппаратов, имеющие сравнительно малую мощность, вносят очень малый вклад в электромагнитное загрязнение. Указанные процессы обусловлены главным образом работой мощных наземных передатчиков и радиолокаторов.

Электромагнитный эфир в наши дни настолько насыщен искусственными радиоизлучениями, что Международному союзу электросвязи пришлось «наводить порядок», строго распределяя частотные диапазоны между различными потребителями. И все же в эфире «тесно», и в этом легко убедиться, покрутив ручку настройки радиоприемника. Таким образом, мы имеем дело со своеобразным «электромагнитным загрязнением среды.

Радиоактивное загрязнение

Радиоактивное загрязнение создается используемыми в составе некоторых космических аппаратов источниками энергии, содержащими радиоактивные вещества. Находящиеся на околоземных орбитах космические аппараты, использующие источники энергии, содержащие радиоактивные вещества на борту, могут создавать радиоактивные загрязнения двух видов: повышенный радиационный фон в окрестности космического аппарата и загрязнение радиоактивными веществами атмосферы и даже поверхности Земли при аварийном разрушении.

1. Радиоактивное загрязнение атмосферы и поверхности Земли, вследствие разрушения такого типа космических аппаратов, является достаточно редким событием. Однако накопление в околоземном космическом пространстве космического мусора увеличивает такую вероятность, и соответственно повышает опасность радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Синдром Кесслера

1. Синдром Кесслера — это столкновения спутников с эффектом домино: объекты в космосе сталкиваются, порождают космический мусор, который сталкивается с новыми объектами и так по нарастающей. А по-настоящему страшно то, что это наше вполне реальное будущее. Столкновение двух объектов приведет к появлению большого количества осколков. Каждый из них способен столкнуться с другим мусором, что вызовет "цепную реакцию" рождения новых обломков. При большом количестве столкновений, количество возникших новых осколков может сделать околоземное пространство непригодным для полетов. Скорость космического мусора на орбите относительно других объектов может достигать 10 км/сек. Такая высокая скорость означает, что объект несёт колоссальную кинетическую энергию, и соударение с рабочими космическими аппаратами даже крохотного обломка повлечёт за собой серьёзные повреждения последнего, вплоть до полного его приведения в неработоспособное состояние.

2. Как говорится, постановка и понимание проблемы — уже половина ее решения. Тот факт, что синдром Кесслера будет развиваться медленно, означает, что человечество имеет шансы успеть с ним справиться. Это не будет легко — уже находящиеся в космосе объекты постепенно будут порождать все больше мусора сами по себе, и никто не согласится вводить мораторий на запуск новых спутников.

3. Но проблема не является нерешаемой — в последние годы появляются самые разные проекты уборки космического мусора — от парусов и тросовых систем до экстравагантных идей вроде сетей или переработки мусора в топливо для перелетов мусорщика. Стандартов и обязательных требований пока что нет, но можно надеяться, что уже в обозримом будущем аппараты начнут получать надежные системы, которые смогут сводить с орбиты даже сломавшиеся спутники. Победа над синдромом Кесслера будет одной из важных задач 21 века, которую человечество должно будет решить.

4. Космический мусор как полезный ресурс

5. На орбите скопилось столько мусора, что он угрожает будущим космическим миссиям. А что, если рассмотреть космический мусор под другим углом? В конце концов, большая его часть состоит из весьма дорогостоящих материалов, из которых производились ракеты и спутники. Можно ли рассматривать космический мусор в качестве потенциального ресурса для утилизации и последующего использования?

6. Проблема в том, что эти объекты не просто висят на орбите, они двигаются с очень высокой скоростью. Конечно же, это серьезно усложняет задачу по их поимке. Строить космические аппараты, способные без проблем догонять такой высокоскоростной космический мусор, будет нецелесообразно. Овчинка, как говорится, не будет стоить выделки. Но это не означает, что нам следует просто забыть о мусоре и оставить его там, где он находится.

7. Существует уже несколько проектов, направленных на расчистку нашей орбиты. Ученые и инженеры программы инновационных концептов (NIAC) американского космического агентства NASA предлагают нечто аналогичное: использовать высокотехнологичный космический аппарат тоньше человеческого волоса, который будет захватывать и удерживать космический мусор как сеть. Другие предлагают уничтожать космический мусор лазерами. Но все эти концепты, по-прежнему имеются пока лишь только на бумаге.

8. Очищение околоземного космического пространства

В настоящее время очищение космоса происходит частично естественным путём – торможением обломков в верхних слоях атмосферы, где они и сгорают.  Эффективных практических мер по уничтожению космического мусора на орбитах на настоящем уровне технического развития человечества не существует. Рассматривают проекты спутников, испаряющих обломки мощным лазерным лучом или меняющих их орбиту ионными пучками, или наземные лазеры, которые должны тормозить обломки для входа в атмосферу, либо аппарат, который будет собирать мусор для его дальнейшей переработки. Но все разработки являются дорогостоящими, либо нереализуемыми в рамках современного состояния науки.

Поскольку экономически приемлемых методов очистки космического пространства от мусора пока не существует, основное внимание в ближайшем будущем будет уделено мерам контроля, исключающим образование мусора.

Контроль экологического состояния околоземного пространства

В нашей стране создана и функционирует Общегосударственная система наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды. В рамках космического мониторинга проводятся наблюдения и контроль загрязнений и антропогенных воздействий на биосферу, для чего используют информацию, получаемую с орбитальных станций, и данные дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы Земли с борта различных космических аппаратов. В федеральную систему мониторинга входят: наблюдение за районами космодрома и падения ракетоносителей. В настоящее время выделено несколько территорий для падения на Землю возвращающихся остатков ракет и спутников. Аналогичные зоны есть в США, в Китае, Франции, Индии и др. Для решения проблемы космического мусора в околоземном пространстве принимается соответствующее законодательство, как в российской правовой сфере, так и в области международного права. С 1990 г. в России существует «Программа работ по снижению вредного воздействия ракетно-космической и боевой ракетной техники на окружающую среду». Уже сегодня существует такое требование к материалам космических аппаратов, как выделение минимального количества токсичных веществ при сгорании в атмосфере. Другим важным направлением является увеличение ресурса или срока активного существования космических аппаратов.

В России вступил в силу национальный стандарт по борьбе с засорением космоса. Требования начали действовать с 1 января 2019 года. Документ устанавливает требования о том, что космическая техника должна быть сконструирована так, чтобы исключить образование мусора при штатной работе. Также вводятся требования по предотвращению аварий — взрывов топлива или столкновений с другой космической техникой. Документ предписывает анализировать каждый случай засорения космического пространства мусором, чтобы определять причины произошедшего и вырабатывать требования по их предотвращению в дальнейшем. Запускаемые объекты должны находиться на низкой околоземной орбите высотами от 6 до 8 тыс. км не более 25 лет и либо самостоятельно сходить с орбиты, либо уводиться на орбиту захоронения, на которой они будут оставаться в течение 100 лет. Весной и летом 2018 года Совет РАН по космосу провел два заседания по данной проблеме. На них объявили о разработке лазера, с помощью которого получится уничтожать мусор на пути полета МКС. Кроме того, российские ученые из НИИ ядерной физики МГУ разработали ультрафиолетовый радар для обнаружения космического мусора.

Заключение

В настоящее время уделяется очень большое внимание обеспечению "экологической чистоты" космоса. От успешного решения этой проблемы зависит возможность дальнейшего развития космической деятельности человечества.

Анализируя изложенное, можно сделать следующие выводы: для того, чтобы уменьшить количество космического мусора, нужно

1. Контроль космической деятельности государств

2. Совершенствование конструкции космических приборов, ракет, спутников

3. Экологический мониторинг околоземного пространства

4. Наблюдение и контроль за космическим мусором

5. Разработка способов и средств защиты космических аппаратов от космического мусора

6. Разработка методов очистки околоземного пространства от уже имеющегося мусора

Как отмечают экологи, околоземное пространство уже сейчас восстанавливается на 1–3% в десятилетие. При благоприятных прогнозах, к 2060 году количество мусора в космосе может значительно уменьшиться.

3