Проектная работа по астрономии "Утилизация космического мусора"

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

Коммунаровская средняя общеобразовательная школа

Областная политехническая олимпиада

Космонавтика. Межпланетные полёты и космические проекты

Номинация

УТИЛИЗАЦИЯ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА

2015г.

Проблема:

Возможна ли утилизация космического мусора?

Гипотеза:

Человечество порождая источники вредного воздействия на окружающую среду, вырабатывает пути и средства ликвидации такого воздействия.

Задачи:

Задача 1. Найти источник проблемы.

Задача2 . Какова опасность загрязнения околоземной среды ?

Задача3. Пути решения проблемы

Актуальность: Острейшей проблемой общества стала безопасность космонавтов и сохранность искусственных спутников от мусора, заполняющего космическое пространство. Ученые из различных стран вырабатывают методы контроля над космическим пространством и утилизации космического мусора, выдвигают различные проекты утилизации космического мусора с геостационарной орбиты, потому что нет засорения национального околоземного космического пространства, есть засорение космического пространства Земли, одинаково негативно влияющее на все страны, прямо или косвенно участвующие в его освоении. Засорение происходит непосредственно и самой поверхности Земли. Космические трассы проходят в Росии над Алтаем с 1959 года. За это время на территории республики "выпали" отделяющиеся ступени около 400 космических кораблей. Неудивительно, что железяками из космоса оказались замусорены огромные территории. Возникла насущная потребность срочно заняться проблемой космического мусора, чтобы предотвратить впоследствии экологическую катострофу.

Оглавление

Введение………………………………………………………………………….

Основная часть

Задача 1. Найти источник проблемы.…………………………………………

Задача2 . Какова опасность загрязнения околоземной среды……………….

Задача3. Пути решения проблемы………………………………………...........

Заключение……………………………………………………………………..

Библиографический список…………………………………………………..

Приложения…………………………………………………………………….

Введение

Космический мусор - все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. Крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы, объекты космического мусора при их неконтролируемом сходе с орбиты, неполном сгорании при прохождении плотных слоев атмосферы Земли и выпадении обломков на населенные пункты, могут представлять прямую опасность. Например

Проблема засорения околоземного космического пространства «космическим мусором» как чисто теоретическая возникла по существу сразу после запусков первых искусственных спутников Земли в конце пятидесятых годов. 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. Официальный статус на международном уровне она получила после доклада Генерального секретаря ООН под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» 10 декабря 1993 г. Необходимость мер по уменьшению интенсивности техногенного засорения космоса становится понятной при рассмотрении возможных сценариев освоения космоса в будущем. Существуют оценки, так называемый «каскадный эффект», который в среднесрочной перспективе может возникнуть от взаимного столкновения объектов и частиц «космического мусора», при экстраполяции существующих условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учетом мер по снижению в будущем числа орбитальных взрывов (42 % всего космического мусора) и других мероприятий по уменьшению техногенного засорения, может в долгосрочной перспективе привести к катастрофическому росту количества объектов орбитального мусора и к практической невозможности дальнейшего освоения космоса.

Предполагается, что «после 2055 года процесс саморазмножения остатков космической деятельности человечества станет серьезной проблемой».

Основная часть

Задача 1. Найти источник проблемы.

Мелкий мусор, находящийся в космическом пространстве, не представляет опасности для населения Земли. Рано или поздно любой объект в результате трения об остатки атмосферы затормозится, начнет падать на Землю и сгорит в верхних слоях атмосферы, но в зависимости от размера объекта и высоты орбиты срок существования отходов может составлять от нескольких месяцев до сотни лет. Однако самоочищению не подвергаются объекты искусственного происхождения, находящиеся в зоне геостационарной орбиты . А геостационарная орбита – самая востребованная человечеством зона, так как именно здесь космические аппараты обладают уникальным свойством: их скорость точно соответствует скорости вращения Земли. Это означает, что искусственный спутник без каких бы то ни было затрат топлива и коррекций скорости постоянно висит над конкретной точкой Земли (ни одна другая орбита предоставить такую возможность не способна). На геостационарную орбиту спутники запускают с 1963 года, но уже через год некоторые из них перестают быть активными. В настоящее время там находится свыше одной тысячи объектов и лишь 350 из них действующие спутники. Ежегодно к ним прибавляется два-три десятка новых стационаров и неимоверное количество обломков разрушившихся по разным причинам спутников. На геостационарной орбите нет атмосферы, соответственно некому там тормозить объекты, и поэтому пока их не тронешь, они будут там вечно кататься и мешать действующим и вновь прибывающим космическим аппаратам. По данным, опубликованным Управлением ООН по вопросам космического пространства, в октябре 2009 года «Вокруг Земли вращается около 300 тысяч обломков мусора».

Ситуация складывается парадоксальная. Чем больше мы запускаем аппаратов в космос, тем менее пригодным для использования он становится. И действительно, 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%. Космические аппараты выходят из строя с завидной регулярностью, а в результате плотность космического мусора на орбите ежегодно увеличивается на 4%. В настоящее время вокруг нашей планеты вращается около 70–150 тысяч объектов размером от 1 до 10 см, частиц же менее 1 см в диаметре – миллионы. И если на низких орбитах, примерно до 400 км, мусор притормаживает о верхние слои атмосферы и со временем падает на Землю, то на геостационарных орбитах он может вращаться бесконечно долго.

Свой вклад в дело увеличения космического мусора вносят и разгонные блоки ракет, с помощью которых спутники выводятся на геостационарные орбиты. В их баках остается примерно 5–10% топлива, которое весьма летуче и легко превращается в пар, что нередко приводит к мощным взрывам. После нескольких лет пребывания в космосе отслужившие ступени ракет разлетаются на куски, разбрасывая вокруг себя «шрапнель» мелких осколков.

Задача2 . Какова опасность загрязнения околоземной среды ?

В первую очередь от космического мусора страдают, конечно, объекты, находящиеся на орбите. «Службы наземного наблюдения иногда фиксируют столкновения частиц космического мусора друг с другом, из-за чего их количество множится на орбите земли. Мелкие частицы 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».И хотя вероятность вывода из строя орбитальных спутников космическим мусором все еще крайне мала, неприятные инциденты уже были, в том числе с пассажирскими космическими кораблями и орбитальными станциями. В 1983 году экипаж печально знаменитого шаттла Challenger обнаружил на лобовом стекле своего корабля небольшой след от соударения с посторонним предметом. 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. Космический мусор представляет опасность и для далеких от космоса землян, падая на их головы в прямом смысле этого слова. 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. В 1964 году в ходе неудачного запуска навигационного спутника США с ядерными источниками энергии на борту радиоактивные материалы рассеялись над акваторией Индийского океана. Всем памятна ситуация и со станцией «Мир», затопленной в Тихом океане. Тогда у десятков тысяч жителей островных государств случился форменный массовый психоз. Люди панически боялись, что «русская громадина» свалится им прямо на голову. А вот для жителей Алтайского края этот кошмар стал реальностью. Именно над этим регионом России пролегают траектории полета ракет, запускаемых с Байконура, и именно сюда валятся обломки первых ступеней с остатками высокотоксичного топлива.

Предлагаю следующие пути решения проблемы:

Для устранении последствий эксплуатации ракетно-космической техники за предыдущие годы, приведшей к такому уровню засорения околоземных орбит предлагаю провести эксперимент : развертывание орбитального космопорта как перевалочную базу для полезных грузов, выводимых с Земли и возвращаемых из космоса. Связь такого космопорта с Землей будет обеспечиваться регулярными рейсами многоразовой транспортной космической системы, а перевозки мусора – специальными буксирами, базирующимися в доке космопорта. Оснащенные роботами манипуляторами

(Приложение 1, сл-10)

Орбитальный космопорт защищён корпусом – ракушка.Это корпус с отверстиями, через которые выдвигаются датчики и антенны. В случае угрозы столкновения датчики и антенны убираются в защитный корпус.Грузовые корабли с буксирами имеют экранную защиту.На космопорте идёт сортировка мусора в специальных доках.Более опасный мусор отправляют на Марс ,на спецстанцию ,мелкие частицы уничтожаются лазерными пушками на месте их пребывания.(Приложение-1, сл-11,12 )

Существуют разные методы сбора космического мусора. Все они очень дорого стоят. Чтобы уменьшить затраты на их производство и применение, следует совершенствовать конструкции спутников, космических кораблей и ракет, чтобы от них оставалось как можно меньше космического мусора.

Количество мусора в космосе увеличивается, и его столкновение с космическими аппаратами может привести к непоправимым последствиям.

Заключение

Исследования и освоение космоса приносят прежде всего практическую пользу. Например, теперь в нашем распоряжении надежная спутниковая теле- радиосвязь, точные прогнозы погоды и многое другое. Но, к сожалению, в результате активизации исследований, резкого увеличения числа запусков ракет-носителей и других аппаратов, а также связанных с этим последствий все чаще происходит загрязнение земной и околоземной среды, что пагубно влияет на экологию Земли. Эффективное использование космической техники для контроля за состоянием природы Земли, исследования ее ресурсов и пр. немыслимо в будущем без решения собственной экологической проблемы космонавтики – ограничения засорения космического пространства «космическим мусором», созданным человеком.

Ученые из различных стран выдвигают различные проекты утилизации космического мусора с геостационарной орбиты. Но прежде чем приступать к данной работе, что возможно пока лишь теоретически, необходимо каталогизировать объекты искусственного происхождения. То есть зафиксировать местонахождение каждого из многих десятков тысяч объектов, знать их размеры и скорость движения.

Рынок уборки космического мусора в 2020 году составит 3 миллиарда долларов США. Такую оценку назвал президент РКК "Энергия" Виталий Лопота. Его слова цитирует РИА Новости.
В настоящее время вокруг Земли обращается около 1,2 тысячи неработающих аппаратов (по другим оценкам, их число превышает 100 тысяч). Все они мешают запуску новых спутников и космических кораблей (а значит, увеличивают стоимость отдельных стартов). Избавление от каждого из объектов, по словам Лопоты, позволит сэкономить от 20 до 50 миллионов долларов.
По мнению президента РКК "Энергия", существующие технологии позволят России принять участие в очищении околоземного пространства. Лопота считает, что страна может занять четвертую часть общего рынка уборки космического мусора. 

Приложения

Фото1. Космический мусор

Рисунок 2. Машина-мусоросборщик с рукой-роботом

Космический корабль, оснащённый рукой-роботом, захватывает мусор клещами и помещает его в специальный отсек. Это устройство позволит очистить космос от отработанных спутников и ступеней ракет. Заполненный мусором отсек возвращается на Землю для утилизации.

Рисунок 3. Лазеры