Г.П. Шарапенко, А.В. Пилецкий
29.09.2015 г.

  На главную раздела "Научные работы"


          Большая засоренность техногенным космическим мусором (КМ) околоземного космического пространства (ОКП) достигла уровня, являющегося помехой решения задач дистанционного зондирования Земли, затрудняющего астронаблюдения и наблюдения космических аппаратов (КА) с наземных станций.

          Дальнейшее засорение области низких орбит (ОНО) (до 2000 км) может привести к возникновению каскадного эффекта, который характеризуется увеличением количества столкновений между существующими объектами КМ, приводящих к разрушению этих объектов, что, в конечном итоге, приведёт к образованию большого количества более мелкого мусора. Повышенная концентрация частиц КМ может привести, в отдельных случаях, к частым столкновениям с возможностью падения частиц на Землю.

          Моделирование возможного развития процесса засорения ОНО, согласно данным [1] и [2], позволило определить прогноз начала катастрофического засорения космоса, который ожидается уже к 2032 году. При этом доступ на низкие орбиты окажется закрытым. Отсюда, экономическая целесообразность очистки ОКП от техногенного мусора может определяться стоимостью космических проектов, которые, по причине засоренности космического пространства, невозможно будет реализовать.

          В приводимых ниже материалах рассматриваются принципы создания космических средств удаления КМ, вопросы стратегии и тактики захвата и удаления космического мусора с низких орбит.

Применение космических средств для удаления
техногенного мусора с низких орбит

Г.П. Шарапенко, А.В. Пилецкий

ФГУП «КБ «Арсенал», г. Санкт-Петербург

Г.П. ШарапенкоА.В. Пилецкий
Г.П. Шарапенко
А.В. Пилецкий



          1. Введение


          Большая засоренность техногенным космическим мусором (КМ) околоземного космического пространства (ОКП) достигла уровня, являющегося помехой решения задач дистанционного зондирования Земли, затрудняющего астронаблюдения и наблюдения космических аппаратов (КА) с наземных станций.

          Дальнейшее засорение области низких орбит (ОНО) (до 2000 км) может привести к возникновению каскадного эффекта, который характеризуется увеличением количества столкновений между существующими объектами КМ, приводящих к разрушению этих объектов, что, в конечном итоге, приведёт к образованию большого количества более мелкого мусора. Повышенная концентрация частиц КМ может привести, в отдельных случаях, к частым столкновениям с возможностью падения частиц на Землю.

          Моделирование возможного развития процесса засорения ОНО, согласно данным [1] и [2], позволило определить прогноз начала катастрофического засорения космоса, который ожидается уже к 2032 году. При этом доступ на низкие орбиты окажется закрытым. Отсюда, экономическая целесообразность очистки ОКП от техногенного мусора может определяться стоимостью космических проектов, которые, по причине засоренности космического пространства, невозможно будет реализовать.

          В приводимых ниже материалах рассматриваются принципы создания космических средств удаления КМ, вопросы стратегии и тактики захвата и удаления космического мусора с низких орбит.

          2. Техногенное засорение низких орбит


          Достаточно заметно в настоящее время засоряются следующие орбитальные области [1]:
          - от 100 до 800 км;
          - от 900 до 1000 км;
          - от 1400 до 1500 км.

          В результате исследования ОНО в пределах 150 – 2000 км [1] выявились наиболее засоренные слои на высотах: 500, 700 и 1500 км.

          Обнаружение космических объектов (КО) наземными средствами ведется системами контроля космического пространства (СККП) России и США. Фрагменты конструкций КО с размерами в поперечнике более 10 см наблюдаются радиолокационными станциями, оптико-электронными системами наблюдения и регистрируются в специальных каталогах системы слежения за космическим пространством. Использование оптико-электронных систем наблюдения позволяет обнаруживать на околоземных орбитах частицы КМ порядка 1 см и даже менее [1]. Объекты КМ в ОНО занимают 75% всего каталога, располагаясь на высотах до 2000 км над Землёй, поэтому наибольший интерес представляет рассмотрение областей, ограниченной этой высотой сверху.

          Анализ положения объектов КМ показывает [2], что более 90% этих объектов имеют орбиты близкие к круговым (с величиной эксцентриситета менее 0.1), а 70% из их числа движутся по круговым орбитам.

          Замечено, что в плоскости экватора по круговым орбитам частицы могут двигаться неограниченно долго, что объясняется строгим порядком в их движении практически без соударений друг с другом (аналогично кольцам Сатурна). Засорение экваториальных и полярных орбит приводит к очень быстрому росту концентрации объектов КМ вследствие малой области их сосредоточения и потому является недопустимым.

          С начала 1970-х до конца 1980-х годов в СССР было запущено около трех десятков КА УС-А, УС-АМ с ядерными энергетическими станциями (ЯЭС) на орбиту высотой 260-275 км. После окончания функционирования КА, от него отделялся блок с ЯЭС, который ракетными двигателями уводился на орбиту высотой 800-900 км, наклонением 65°. Оставшийся на рабочей орбите основной блок КА через непродолжительное время, под действием внешних сил, входил в плотные слои атмосферы и сгорал. В 1987 году на орбиты высотой 800-900 км, наклонением 65° были запущены два экспериментальных КА «Плазма-А» с ЯЭС другого типа. В настоящее время фрагменты ЯЭС КА УС-А, УС-АМ и КА «Плазма-А» с ЯЭС обращаются на высоте 800-900 км в широтном поясе 65°с.ш. – 65°ю.ш.

          Моделирование возможного развития процесса засорения ОНО по интенсивности проведения запусков космических средств на период до 2020 года выявило [2] несколько сценариев, соответствующих различным темпам прироста количества запусков. В частности, при 10%-ом увеличении темпов запусков ежегодно, начало катастрофического засорения космоса может ожидаться уже к 2032 году.

          Во многих отечественных и зарубежных обоснованиях по дальнейшему развитию средств выведения и освоения космического пространства прогнозируется грузопоток в ОНО, который связывается с 5-7%-м, а то и с 10%-м ежегодным приростом. Такой прирост ежегодных темпов запусков недопустим, поскольку связан с опасностью каскадного образования КМ, которое блокирует все дальнейшее освоение космоса на сотни лет.

          В связи с изложенным выше необходимо принять следующие меры для недопущения грядущего катастрофического засорения КМ ОНО:

          - осуществлять снижение темпов запусков КА на орбиту за счет одновременного увеличения сроков функционирования КА; представляется целесообразным государствам, участвующим в запусках КО в ОКП установить нулевой или даже отрицательный темп прироста количества запусков;

          - ввести ограничения по продолжительности пребывания КА в ОНО после окончания срока функционирования за счет:

          1) управляемого увода КА с орбиты, для чего в его состав ввести ДУ увода или, в имеющейся ДУ, предусмотреть дополнительный запас топлива, позволяющий осуществить расчетное приземление;

          2) тормозящего действия остаточной атмосферы на отказавший КА – за счет увеличения его баллистического коэффициента;

          - проводить работы по очищению ОКП от космического мусора. В этой связи следует проработать такую возможность, как уборка КМ теми странами, космические программы которых явились источником соответствующего мусора.

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить