Исследование проблемы космического мусора: вызовы и решения

В статье исследуется проблема космического мусора на орбите планеты Земля. Анализируется влияние космического мусора на целостность и работоспособность функционирующих космических аппаратов. Приводится статистика аварий, связанных с космическим мусором. Рассмотрены риски и угрозы для спутников, ракет и станций. В работе представлены возможные способы очистки орбиты Земли от космического мусора. Описан вариант переработки космического мусора с целью извлечения ценного сырья в силу ограниченности запасов полезных ископаемых Земли.

Ключевые слова: космический мусор, эффект Кесслера, безопасность космических полетов, околоземное космическое пространство, переработка космического мусора, экономическая целесообразность.

Введение.

4 октября 1957 года был запущен первый в мире искусственный спутник Земли — советский космический аппарат — «Спутник-1» [1]. С начала космической эры человечеством было запущено большое количество спутников. В настоящее время на орбите находится около 20 тысяч объектов [2]. Многие из них прекратили свою работу. Такие спутники и их части являются космическим мусором, который представляет опасность функционирующим спутникам, ракетам и станциям, поскольку может навредить им и вывести их из строя. С космическим мусором необходимо бороться, поскольку эта проблема является серьезным испытанием для мировой космонавтики.

Постановка цели и задач. Таким образом, цель данной работы заключается в анализе проблемы космического мусора на орбите Земли. Для достижения цели были поставлены следующие задачи :

— изучить информацию об истории возникновения проблемы космического мусора на орбите планеты Земля;

— описать возможные способы очистки орбиты от космического мусора;

— проанализировать перспективу промышленного освоения космического мусора, аргументировать экономическую целесообразность с точки зрения их разработки.

Основная часть.

Космический мусор — это объекты в космосе, переставшие функционировать и находящиеся на орбите, они представляют опасность для работающих аппаратов, поскольку могут нарушить их работоспособность. Космическим мусором может являться как спутник, так и обломки от него или других объектов. Наиболее населены космическим мусором орбиты Земли в пределах от 300 до 400 км, 800–1000 км и 1200–1500 км [3]. Заселенность низких орбит спутниками в ближайшие годы будет увеличиваться [4].

Рис. 1. Космический мусор на низкой околоземной орбите [3]

Известны случаи столкновений космических аппаратов с космическим мусором [5]. Также существует термин «эффект Кесслера». Он проявляется через эффект домино, в котором столкновение двух объектов вызывает появление множества новых осколков. Эти осколки могут столкнуться с другим космическим мусором и вызвать цепную реакцию, которая породит еще больше обломков [6].

Существуют различные способы активной очистки орбиты Земли от космического мусора. Первый метод основан на изменении орбиты объекта с помощью лазера. Направленный пучок лазера нагревает одну из сторон объекта, чтобы изменить его траекторию и ускорить его падение в атмосферу. При достижении переходной орбиты объект должен сгореть в атмосфере. Второй метод — использование ионного потока. Станция очистки работает на околоземной орбите. Станция очистки использует для работы ионные двигатели. Она может вытеснять космический мусор с орбиты ионными пучками [7].

Третий способ — прямой контакт с космическим мусором. Специальные космические аппараты захватывают космический мусор и утилизируют его [3]. Кроме того, в силу ограниченности запасов полезных ископаемых Земли в будущем остатки космического мусора можно перерабатывать и извлекать из них сырье [8].

Заключение. Таким образом, в результате работы была исследована проблема космического мусора на орбите Земли. С начала космической эры в 1957 году на орбиту было запущено большое количество искусственных спутников Земли. Многие из них уже завершили свою работу и являются космическим мусором. Космический мусор может серьезно навредить работающим космическим аппаратам. Были приведены способы очистки орбиты от космического мусора: лазер, ионный поток и прямой контакт. Это сделает полеты в космос безопаснее, иначе на орбите накопится колоссальное количество космического мусора, которое приведет к невозможности космических полетов. Также в будущем возникнет проблема, связанная с недостатком ресурсов на Земле, так как запасы полезных ископаемых Земли ограничены [9]. В таком случае космический мусор можно разрабатывать, добывая ценное сырье.

Литература:

1. РКК «Энергия» — История. — Текст: электронный // Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королева: [сайт]. — URL: https://www.energia.ru/ru/history/brief/01.html.
2. Параметрический анализ анизогридного корпуса космического аппарата для очистки орбиты от космического мусора / И. Д. Белоновская, В. В. Кольга, И. С. Ярков, Е. А. Яркова // Сибирский аэрокосмический журнал. 2021. Т. 22, № 1. С. 94–105. Doi: 10.31772/2712–8970–2021–22–1-94–105.
3. Баркова, М. Е. Переработка техногенного космического мусора в топливо на низких орбитах / М. Е. Баркова. — Текст: непосредственный // Труды МАИ. — 2020. — № 110. — С. 17.
4. Коробцев И. В., Мишина М. Н. Оптические наблюдения малых космических аппаратов и космического мусора в Саянской обсерватории ИСЗФ СО РАН Солнечно-земная физика. 2019. Т. 5, № 4. С. 117–121. DOI: 10.12737/szf-54201913.
5. Сиротин, И. В., Ишкулов Э. Р., Прянишников Н. А. Космический мусор, влияние и опасности столкновения с космическими аппаратми / И. В. Сиротин, Э. Р. Ишкулов, Н. А. Прянишников. — Текст: непосредственный // Форум молодых ученых. — 2019. — № 5 (33). — С. 1144–1147.
6. D. J. Kessler, Burton G. Cour-Palais. Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt // Journal of Geophysical Research — 1978. — Vol. 83. — P. 2637–2646.
7. Оценка возможностей утилизации космического мусора современными технологиями / А. В. Михайлов, В. И. Кононенко, Т. П. Колтуклу, К. А. Ленкова. — Текст: непосредственный // Фундаментальные и прикладные исследования. Актуальные проблемы и достижения. — Санкт-Петербург: Частное научно-образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Гуманитарный национальный исследовательский институт «НАЦРАЗВИТИЕ», 2021. — С. 14–17.
8. Клюшников В. Ю. Индустриализация как стратегическая парадигма освоения и использования космического пространства // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 2(95). С.14–21.
9. Ибатуллин, А. Р. Анализ перспектив добычи полезных ископаемых на астероидах / А. Р. Ибатуллин, К. К. Богданов, В. А. Подгорбунская. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2023. — № 28 (475). — С. 23–26. — URL: https://moluch.ru/archive/475/104915/.