Proces průzkumu vesmíru, který prakticky začal v polovině 20. století, je obvykle prezentován pozitivně jako nová etapa ve vývoji vědeckých a technologických znalostí. Již po vypuštění první družice však paralelně začal úplně jiný negativní proces spojený se zanášením blízkozemních drah. Umělé trosky ve vesmíru představují řadu hrozeb pro kosmickou loď i Zemi.
Zdroje vesmírného odpadu
Odpadky v tomto případě označují deriváty umělé přírody, které jsou velmi rozmanité, ale jsou spojeny s přímou lidskou činností. Například přirozeně se vyskytující meteoroidy nepředstavují hrozbu, na rozdíl od umělého odpadu, který představuje hrozbu kvůli svému dlouhému pobytu na nízké oběžné dráze Země.
Odkud se tedy ve vesmíru berou nebezpečné trosky? Většina z toho jegenerované během startů satelitů a startů jiných vozidel na oběžnou dráhu. V takových procesech jsou nutně zapojeny doprovodné pilotované nebo automatické lodě, které za sebou zanechávají technické předměty a spotřební materiál. Nejnebezpečnějším zdrojem znečištění tohoto druhu je ničení satelitů a lodí na oběžné dráze, v důsledku čehož ve vesmíru zůstávají neřízená zařízení a konstrukční části letadel. Samy o sobě úlomky po haváriích zařízení nebo v procesu plánovaného uvolnění odpadu v jediném počtu nepředstavují vážnou hrozbu. Při dlouhodobé akumulaci však vznikají velké objekty, často s vysokým radioaktivním potenciálem, což ztěžuje jejich zničení.
Významnou roli v procesech vzniku nebezpečných úlomků hraje efekt „věkové“degradace úlomků z vesmírných objektů v agresivním prostředí. Stejné nahromadění trosek negativně ovlivňuje kosmický prach, radiace, teplotní extrémy, oxidace kyslíku atd. Člověk se tedy musí vypořádat nejen s fyzikálními prvky, které představují hrozbu srážky, ale také s nekontrolovanými a výbušnými materiály, které zvyšují riziko. katastrof.
Monitorování vesmírného odpadu
Stávající nebezpečí spojená s přítomností vesmírného odpadu také vyžadují neustálý výzkum oběžných drah v blízkosti Země. Speciální zařízení skenují umělý odpad podle několika charakteristik, včetně velikosti, hmotnosti, tvaru, rychlosti,dráha, složení atd. V závislosti na vzdálenosti od Země se používá určitá zařízení. Například nízká oběžná dráha Země systému LEO běžně pokrývá vzdálenost od 100 do 2000 km. V tomto spektru pracují radiotechnická, radarová, optoelektronická, optoelektronická, laserová a další zařízení pro pozorování vesmírného odpadu. Současně se vyvíjejí speciální algoritmy pro analýzu informací přijatých na těchto zařízeních. Ke kombinaci sady fragmentovaných dat se používají složité matematické výpočetní modely, které poskytují relativně úplný obraz o tom, co se děje v konkrétní oblasti pozorování.
Navzdory použití špičkových metod monitorování stále existují problémy se sledováním malých částic o velikosti několika milimetrů. Takové úlomky mohou být palubními senzory studovány jen částečně, ale to nestačí k získání komplexní informace, například o chemickém složení objektu. Jedním ze směrů pro sledování takových částic je tzv. pasivní měření. Svého času byly podle tohoto principu studovány součásti vesmírné stanice Mir vrácené na Zemi. Podstatou této technologie je registrovat dopady studovaných částic na povrch aparatury v otevřeném prostoru. V laboratořích byly analyzovány různé druhy poškození, což umožnilo získat další informace o vesmírném odpadu. Dnes týmy kosmonautů pracují na této cestě výzkumu přímo na oběžné dráze a kontrolují povrchy provozních kosmických lodí.
Distribuce trosek v blízkozemském prostoru
Monitorování vesmíru ukazuje na nerovnoměrné rozložení trosek různých typů na oběžné dráze. Největší shluky jsou pozorovány v oblasti nízké oběžné dráhy - zejména ve srovnání s vysokými oběžnámi může být rozdíl v hustotě tisícinásobný. Zároveň existuje vztah mezi hustotou shluků a velikostí částic. Prostorová hustota středně velkých úlomků je obvykle nižší na vysokých oběžných drahách než na nízkých oběžných drahách v menším poměru ve srovnání s hrubozrnnými prvky.
Charakteristiky rozložení vesmírného odpadu kolem Země jsou ovlivněny řadou faktorů, mezi které patří i znaky původu. Například malé úlomky vzniklé v důsledku zničení částí stanice nebo satelitů mají nestabilní vektory rychlosti. Pokud jde o velké trosky, díky své vysoké dynamice je schopen dosáhnout vysokých nadmořských výšek až 20 000 km a také se šířit v geostacionárním prstenci. Na úrovni 2000 km je nerovnoměrné rozložení s body nárůstu hustoty zejména na 1000 a 1500 km. Mimochodem nejvíce zanesená je geostacionární dráha a v její oblasti je zaznamenán vysoký sklon úlomků k driftu.
Trendy vývoje vesmírného odpadu
Vesmírní vědci se více zajímají o potenciální než současné hrozbytrosky na oběžných drahách Země. V současné době studie naznačují zvýšení míry znečištění o 4–5 % ročně. Role startů kosmických lodí navíc nebyla dosud spolehlivě posouzena z hlediska růstu populace cizích těles na různých drahách. Velké objekty lze předpovídat, ale jak již bylo uvedeno, omezené informace o malých úlomcích i v blízkém vesmíru nám neumožňují hovořit s vysokou mírou objektivity o vlastnostech hromadného úlomku. Navzdory tomu vědci dělají dva jednoznačné závěry o malých troskách:
- Objem malých částic, které se tvoří v důsledku destrukce, neustále roste s rostoucím počtem srážek. Jak v laboratorních podmínkách, tak v teoretických studiích bylo prokázáno, že malé fragmenty tvoří významnou část prvků, které jsou odděleny od předmětů ničení.
- Velmi malé částice ve formě stejných srážkových produktů jsou náchylnější k negativním účinkům vnějších sil. Účinek degradace, když jsou trosky v agresivních podmínkách po dlouhou dobu, snižuje pravděpodobnost spolehlivého posouzení budoucnosti takových akumulací.
Je zřejmé, že problémy s hledáním trosek ve vesmíru se budou jen zhoršovat, což vyžaduje přijetí vhodných opatření. Ale i při úplném zastavení projektů souvisejících s vesmírem se bude oběžná dráha Země nadále ucpávat v důsledku srážky stávajících prvků znečištění s přírodními částicemi. Setrvačností bude tento proces pokračovat minimálně dalších 100let.
Typy účinků znečištění vesmíru
Mezi nejnebezpečnější negativní důsledky vlivu vesmírného odpadu patří:
- Ekologické škody na Zemi. Přítomnost technogenních úlomků na oběžné dráze v blízkosti Země sama o sobě znamená změnu ekologického pozadí a narušuje původní čistotu prostředí. Podle astronomů-pozorovatelů proces snižování průhlednosti blízkozemského prostoru již postupuje, což také vysvětluje přítomnost rušení provozu rádiových zařízení. Přímo pro Zemi lze zaznamenat nebezpečí pádu součástí s palivovými materiály, které zajišťují provoz proudových motorů.
- Sutiny padající na Zemi. I bez radioaktivního efektu může pád umělého odpadu z blízkého vesmíru vést ke katastrofickým následkům. K dnešnímu dni měly největší přistání objekty hmotnost ne více než 100 tun, ale to nepředstavovalo vážnou hrozbu pro planetu. Na druhou stranu, jak bude intenzita překážek na oběžné dráze Země narůstat, bude tento scénář stále temnější.
- Nebezpečí vesmírné kolize. Nepodceňujte škody způsobené vesmírným odpadem pro zařízení používaná při letové podpoře. Stejné dopady velkých a malých částic mohou vést k významným poruchám v provozu zařízení a velké nehody ohrozí vyhlídky na realizaci drahých ambiciózních projektů.
Systémy vyhodnocování poškození při haváriiodpad
Zaprvé, již zavedená praxe analýzy účinků na povrch kosmických lodí je aplikována externím zkoumáním samotnými kosmonauty. Jak již bylo zmíněno výše, výsledky takových studií lze dále využít k určení charakteristik odpadků. Nejpřesnější analytické informace však poskytují pouze laboratorní testy, při kterých jsou cílové materiály uměle ovlivněny. Imitace srážky zařízení s úlomky ve vesmíru je realizována nárazy v ultravysoké rychlosti. Dále jsou pomocí počítačového a digitálního modelování získaná data zpracována s analýzou charakteristik poškození a mechaniky dopadu na cílový objekt. Mezi hlavní ukazatele patří takové vlastnosti jako pevnost, zachování funkčnosti, životnost jednotlivých komponentů, míra fragmentace atd.
Určení úrovně ohrožení vesmírným odpadem
I ve fázích návrhu orbitálních stanic a vesmírných komplexů se počítá s možností kolize s různými druhy úlomků. Pro výpočet optimální spolehlivosti návrhu se používají údaje o konkrétním prostředí, kde bude zařízení použito. Významným problémem je přitom stále nepřesnost experimentálních a analytických metod hodnocení hrozeb. Nečistoty ve vesmíru lze zkoumat pouze do určité míry předpokladů, což konstruktérům ztěžuje náležitou přípravu vozidel na srážky ve vysoké rychlosti. ProPro přibližné posouzení hrozeb se používá koncept obecných toků vesmírného odpadu, se kterým se lze potenciálně setkat na dráze kosmické lodi. Další údaje jsou zobrazeny o hustotě toku, rychlosti, úhlech náběhu a počtu očekávaných dopadů.
Způsoby, jak snížit hrozby plynoucí z trosek ve vesmíru
Relativně nízká úroveň monitorování a charakterizace vesmírného odpadu s jeho predikcí je jen částí problému. V současné fázi se specialisté potýkají s řadou problémů souvisejících se snižováním rizik negativního dopadu umělého odpadu ve vesmíru. Dnes se zvažují dva směry, jak tento problém vyřešit. Jednak se jedná o obecné omezení letů a také o minimalizaci technologických procesů, které vedou k zanášení drah na různých úrovních. Za druhé můžeme hovořit o konstrukční optimalizaci vozidel s redukcí dílů, které by se potenciálně mohly stát vesmírným smetím. Zvláštní pozornost v systémech řízení vesmíru je dnes věnována kontaminaci radioaktivními látkami. To se týká minimalizace výfukových produktů motoru až do přechodu na zcela nové zdroje paliva.
Vyhlídky na boj proti troskám v blízkém vesmíru
Aktivní práce na regulaci vesmírných aktivit na globální úrovni dává důvod k optimismu při hodnocení vývoje situace do budoucna. Pečlivý přístup k čistotě orbitálního prostředí je součástí konceptů strategických programů největších států, které přispívajínejvětší příspěvek k boji proti troskám ve vesmíru. Čištění a odstraňování malých a velkých částic na polygonové dráhy je jednou z klíčových oblastí při čištění vesmíru od znečištění způsobeného člověkem, ale zatím neexistují účinné metody pro realizaci tohoto konceptu. Jde o technologicky obtížný úkol, takže hlavní důraz je v tuto chvíli stále kladen na způsoby, jak optimalizovat lidské aktivity ve vesmíru.
Závěr
Jedním z radikálních způsobů, jak vyřešit problémy s vesmírným odpadem, je úplně zastavit vypouštění orbitálních stanic a satelitů, dokud se neobjeví nové a cenově dostupnější prostředky k čištění prostředí blízko Země. Tento směr je ale utopický i z řady ekonomických a technologických důvodů. Přesto jsou předpoklady pro změnu situace k lepšímu. I když se ohlédnete několik desetiletí zpět, můžete si všimnout zásadních změn v postoji samotného člověka k tomuto problému. Pokud tedy při provozu vesmírné stanice Mir bylo obvyklou praxí přímé vypouštění odpadních látek posádky, tak si to dnes nelze představit. Pro regulaci procesů bytí ve vesmíru se zavádějí stále přísnější pravidla. Dokládají to i mezinárodní úmluvy, podle kterých jsou země účastnící se vesmírných aktivit povinny dodržovat zásady snižování negativního dopadu na ekologickou situaci v blízkozemském prostředí.
