Az űrkutatás folyamatát, amely gyakorlatilag a 20. század közepén kezdődött, általában pozitív oldalról mutatják be, mint a tudományos és technológiai ismeretek fejlődésének új állomását. Azonban már az első műhold felbocsátása után ezzel párhuzamosan egy egészen más negatív folyamat is megindult, ami a Föld-közeli pályák eltömődésével járt együtt. Az ember által az űrben található törmelék számos fenyegetést jelent mind az űrhajókra, mind a Földre.
Űrszemétforrások
A szemét ebben az esetben az ember alkotta származékokat jelenti, amelyek igen változatosak, de közvetlen emberi tevékenységhez kapcsolódnak. Például a természetben előforduló meteoroidok nem jelentenek veszélyt, ellentétben az ember által előállított hulladékkal, amely fenyegetést jelent az alacsony Föld körüli pályán való hosszú tartózkodása miatt.
Szóval, honnan jön a veszélyes törmelék az űrből? A legtöbb azműholdak fellövése és más járművek pályára állítása során keletkeznek. Az ilyen folyamatokban szükségszerűen részt vesznek a kísérő emberes vagy automata hajók, amelyek műszaki tárgyakat és fogyóeszközöket hagynak maguk után. Az ilyen jellegű szennyezés legveszélyesebb forrása a pályán keringő műholdak és hajók megsemmisülése, aminek következtében a repülőgépek irányítatlan berendezései és szerkezeti részei az űrben maradnak. Önmagukban a berendezések összeomlását követő vagy a tervezett hulladékleadás folyamatában lévő töredékek nem jelentenek komoly veszélyt egy-egy számban. Hosszú távú felhalmozódás esetén azonban nagyméretű, gyakran nagy radioaktív potenciállal rendelkező tárgyak keletkeznek, amelyek megnehezítik elpusztításukat.
A veszélyes törmelék képződési folyamataiban jelentős szerepet játszik az agresszív környezetben az űrobjektumokból származó törmelék „kor” lebomlásának hatása. Ugyanezt a törmelékfelhalmozódást negatívan befolyásolja a kozmikus por, a sugárzás, a szélsőséges hőmérsékleti viszonyok, az oxigénoxidáció stb. Így nemcsak az ütközési veszélyt jelentő fizikai elemekkel kell számolni, hanem a kockázatot növelő, ellenőrizetlen és robbanásveszélyes anyagokkal is. a katasztrófákról.
Űrtörmelék megfigyelése
Az űrszemét jelenlétével összefüggő fennálló veszélyek a Föld-közeli pályák folyamatos kutatását is szükségessé teszik. Speciális eszközök az ember által előállított hulladékot számos jellemző szerint szkennelik, beleértve a méretet, tömeget, alakot, sebességet,pálya, összetétel stb. A Földtől való távolságtól függően bizonyos berendezéseket használnak. Például a LEO rendszer alacsony Föld körüli pályája hagyományosan 100-2000 km távolságot tesz meg. Ebben a spektrumban működnek rádiótechnikai, radar, optikai, optoelektronikai, lézeres és egyéb űrszemét megfigyelő eszközök. Ugyanakkor speciális algoritmusokat fejlesztenek ki az ezeken az eszközökön kapott információk elemzésére. A töredezett adatok egy sorának kombinálásához összetett matematikai számítási modelleket használnak, amelyek viszonylag teljes képet adnak arról, hogy mi történik egy adott megfigyelési területen.
A csúcstechnológiás megfigyelési módszerek alkalmazása ellenére továbbra is problémák vannak a néhány milliméteres kis részecskék nyomon követésével. Az ilyen töredékeket csak részben lehet tanulmányozni a fedélzeti érzékelőkkel, de ez nem elegendő ahhoz, hogy átfogó információkat kapjunk, például az objektum kémiai összetételéről. Az ilyen részecskék megfigyelésének egyik iránya az úgynevezett passzív mérés. Egy időben ennek az elvnek megfelelően vizsgálták a Mir űrállomás Földre visszakerült alkatrészeit. Ennek a technológiának a lényege, hogy regisztrálja a vizsgált részecskék hatását a készülék felületére nyílt térben. Laboratóriumokban különféle típusú károsodásokat elemeztek, amelyek lehetővé tették az űrszemétről további információk megszerzését. Ma űrhajósokból álló csapatok dolgoznak ezen a kutatási úton közvetlenül a pályán, és vizsgálják a működő űrhajók felületét.
A törmelék eloszlása a Föld-közeli űrben
A világűr figyelése a különböző típusú törmelékek egyenetlen eloszlását jelzi a pályákon. A legnagyobb klaszterek az alacsony pályás tartományban figyelhetők meg - különösen a magas pályákhoz képest a sűrűségkülönbség ezerszeres lehet. Ugyanakkor összefüggés van a klaszterek sűrűsége és a részecskeméret között. A közepes méretű törmelékek térbeli sűrűsége általában alacsonyabb magas pályán, mint alacsony pályán, kisebb arányban a durva szemcsés elemekhez képest.
Az űrszemét Föld körüli eloszlásának jellemzőit számos tényező befolyásolja, köztük a származási jellemzők. Például az állomás vagy a műholdak részeinek megsemmisülése következtében keletkező kis töredékek instabil sebességvektorokkal rendelkeznek. Ami a nagyméretű törmeléket illeti, nagy dinamikájának köszönhetően akár 20 000 km-es magasságig is képes elérni, és a geostacionárius gyűrűben is szétterül. A 2000 km-es szinten egyenetlen eloszlás tapasztalható, különösen 1000 és 1500 km-nél a sűrűségnövekedési pontok. Egyébként a geostacionárius pálya a leginkább eltömődött, és ezen a területen a törmelék nagymértékű elsodródási hajlama.
Űrtörmelék-fejlődési trendek
Az űrkutatókat jobban aggasztják a potenciális, semmint a jelenlegi fenyegetésektörmelék a Föld pályáján. Jelenleg a tanulmányok a szennyezés mértékének évi 4-5%-os növekedését javasolják. Ráadásul az űrhajók kilövéseinek szerepét még nem értékelték megbízhatóan a különböző pályákon lévő idegen testek populációjának növekedésében. A nagy objektumok alkalmasak előrejelzésre, de amint már említettük, a kisméretű törmelékekre vonatkozó korlátozott információ még a közeli térben sem teszi lehetővé, hogy nagyfokú objektivitással beszéljünk a tömeges törmelék jellemzőiről. Ennek ellenére a tudósok két egyértelmű következtetést vonnak le a kis törmelékről:
- A pusztulás eredményeként képződő kis részecskék térfogata az ütközések számának növekedésével folyamatosan növekszik. Laboratóriumi körülmények között és elméleti vizsgálatok során is kimutatták, hogy a pusztulás tárgyaitól elkülönülő elemek jelentős hányadát apró töredékek alkotják.
- A nagyon kicsi részecskék azonos ütközési termékek formájában érzékenyebbek a külső erők negatív hatásaira. A lebomlás hatása, ha a törmelék hosszú ideig agresszív körülmények között van, csökkenti az ilyen felhalmozódások jövőjének megbízható értékelésének valószínűségét.
Nyilvánvalóan a törmelékek világűrben való megtalálásának problémái csak súlyosbodnak, amihez megfelelő intézkedések meghozatala szükséges. De még az űrrel kapcsolatos projektek teljes leállása esetén is a Föld pályája továbbra is eltömődik a meglévő szennyező elemek és a természetes részecskék ütközése következtében. Tehetetlenségből ez a folyamat még legalább 100-ig folytatódikév.
A térszennyezés hatásainak típusai
Az űrszemét hatásának legveszélyesebb negatív következményei a következők:
- Ökológiai károk a Földön. A technogén törmelék jelenléte a Föld-közeli pályán önmagában az ökológiai háttér megváltozásával jár, és sérti a környezet eredeti tisztaságát. Csillagász-megfigyelők szerint a Föld-közeli űr átlátszóságának csökkentésének folyamata már előrehaladt, ez is magyarázza a rádióberendezések működésében fellépő interferencia jelenlétét. Közvetlenül a Földre nézve megjegyzendő a sugárhajtóművek működését biztosító üzemanyag-alkatrészek leesésének veszélye.
- Földre hulló törmelék. Radioaktív hatás nélkül is katasztrofális következményekkel járhat az ember által előállított hulladék a közeli űrből. Eddig a legnagyobb leszállt objektumok tömege nem haladta meg a 100 tonnát, de ez nem jelentett komoly veszélyt a bolygóra. Másrészt, ahogy a Föld keringési akadályozásának intenzitása növekszik, ez a forgatókönyv egyre sivárabb lesz.
- Űrütközési veszély. Ne becsülje alá az űrszemét által okozott károkat a repüléstámogató berendezések esetében. A nagy és kis részecskék azonos hatásai jelentős fennakadásokat okozhatnak az eszközök működésében, a nagy balesetek pedig veszélyeztetik a költséges, ambiciózus projektek megvalósításának kilátásait.
Üleménykár-értékelő rendszerekszemét
Először is, az űrhajók felületére gyakorolt hatások elemzésének már kialakult gyakorlatát külső vizsgálatokkal, maguk a kozmonauták alkalmazzák. Mint fentebb említettük, az ilyen vizsgálatok eredményei a továbbiakban felhasználhatók a szemét jellemzőinek meghatározására. A legpontosabb analitikai információt azonban csak azok a laboratóriumi vizsgálatok adják, amelyekben a célanyagokat mesterségesen befolyásolják. A berendezések és az űrben lévő törmelék ütközésének utánzata rendkívül nagy sebességű becsapódások révén valósul meg. Továbbá számítógépes és digitális modellezéssel a kapott adatokat feldolgozzák a károsodás jellemzőinek és a céltárgyra gyakorolt hatás mechanikájának elemzésével. A fő mutatók közé tartoznak az olyan tulajdonságok, mint a szilárdság, a funkcionalitás megőrzése, az egyes alkatrészek túlélése, a töredezettség mértéke stb.
Az űrszemét fenyegetettségi szintjének meghatározása
Még az orbitális állomások és űrkomplexumok tervezési szakaszában is figyelembe veszik a különféle típusú törmelékkel való ütközés lehetőségét. Az optimális tervezési megbízhatóság kiszámításához arra a konkrét környezetre vonatkozó adatokat használjuk, ahol az eszközt használni fogják. Ugyanakkor továbbra is jelentős probléma a fenyegetések felmérésére szolgáló kísérleti és elemzési módszerek pontatlansága. Az űrben lévő törmelék csak bizonyos feltételezések szerint vizsgálható, ami megnehezíti a tervezők számára a járművek megfelelő felkészítését a nagy sebességű ütközésekre. MertA fenyegetettség hozzávetőleges értékeléséhez az űrszemét általános áramlásának fogalmát használjuk, amely potenciálisan előfordulhat az űrhajó útján. További adatok jelennek meg a fluxussűrűségről, a sebességről, a támadási szögekről és a várható hatások számáról.
Módok az űrben lévő törmelék által okozott fenyegetés csökkentésére
Az űrszemét megfigyelésének és jellemzésének viszonylag alacsony szintje az előrejelzésekkel csak egy része a problémának. A jelenlegi szakaszban a szakemberek számos olyan kérdéssel szembesülnek, amelyek az ember által a világűrben keletkező káros hatások kockázatának csökkentésével kapcsolatosak. Ma két irányt fontolgatnak a probléma megoldására. Először is, ez a repülések általános csökkentése, valamint a technológiai folyamatok minimalizálása, amelyek különböző szinteken a pályák eltömődéséhez vezetnek. Másodszor, beszélhetünk a járművek szerkezeti optimalizálásáról az esetlegesen űrtörmelékké váló alkatrészek csökkentésével. Az űrirányítási rendszerekben manapság különös figyelmet fordítanak a radioaktív anyagokkal való szennyeződésre. Ez a motor kipufogótermékeinek minimalizálására vonatkozik egészen az alapvetően új üzemanyag-forrásokra való átállásig.
A törmelék elleni küzdelem kilátásai a közeli űrben
Az űrtevékenység globális szintű szabályozására irányuló aktív munka optimizmusra ad okot a helyzet jövőbeli alakulásának megítélésében. Az orbitális környezet tisztaságával kapcsolatos gondos hozzáállás szerepel a legnagyobb államok stratégiai programjaiban, amelyek hozzájárulnaka legnagyobb hozzájárulás az űrben lévő törmelék elleni küzdelemhez. A kis és nagy részecskék poligonpályákra történő tisztítása és eltávolítása az egyik kulcsfontosságú terület a világűr ember okozta szennyeződéstől való megtisztításában, de ennek a koncepciónak a megvalósítására még nincsenek hatékony módszerek. Ez technológiailag nehéz feladat, ezért a fő hangsúly jelenleg is az emberi tevékenységek optimalizálásának módjain van az űrben.
Következtetés
Az űrszemét-problémák megoldásának egyik radikális módja az orbitális állomások és műholdak kilövésének teljes leállítása mindaddig, amíg új és megfizethetőbb eszközök nem jelennek meg a Föld-közeli környezet tisztítására. De ez az irány számos gazdasági és technológiai ok miatt is utópisztikus. Ennek ellenére megvannak az előfeltételei annak, hogy a helyzetet jobbra változtassuk. Még ha több évtizedre visszatekint, alapvető változásokat észlelhet magának az embernek a problémához való hozzáállásában. Tehát ha a Mir űrállomás működése során a bevett gyakorlat a legénység salakanyagainak közvetlen kibocsátása volt, akkor ez ma már elképzelhetetlen. Egyre szigorúbb szabályokat vezetnek be a világűrben való tartózkodás folyamatainak szabályozására. Ezt bizonyítják azok a nemzetközi egyezmények is, amelyek szerint az űrtevékenységben részt vevő országok kötelesek betartani a Föld-közeli környezet ökológiai helyzetére gyakorolt negatív hatás csökkentésének elveit.
