vsatman888 (vsatman888) wrote,
vsatman888
vsatman888

Categories:

Космический мусор , его опасность и как его минимизировать?

Космический мусор , если кратко,  это любые предметы человеческой деятельности в космосе, более не используемые для  нашей пользы и потенциально могущие нанести вред людям и их деятельности. Это последние ступени ракет, разгонных блоков, спутники и их обломки..

Естественно, в ходе человеческой деятельности в космосе космического мусора накапливается  все больше, тем более, что начиная с орбит выше 800 км сопротивление остатков атмосферы настолько ничтожно, что надеяться , что ИСЗ или его обломок затормозится, снизится до плотных слоев атмосферы и там сгорит , можно только теоретически, ведь  на это уйдут сотни лет.







Более того, ученый Кесслер предложил гипотезу, названную в его честь Синдром Кесслера о  возможности , что ближний космос вообще будет потерян для человечества. Суть этой гипотезы в  следующем:

При большом количестве космического мусор возможно столкновение его между собой и с крупными ИСЗ. Каждое такое столкновение двух  объектов приведёт к появлению большого количества новых осколков. Каждый из этих осколков способен в свою очередь столкнуться с другим мусором, что вызовет «цепную реакцию» рождения всё новых обломков. При достаточно большом количестве столкновений или взрыве (например, при столкновении между старым спутником и космической станцией или в результате враждебных действий) начинается эффект "домино" ,   лавинообразно возникают все новые и новые обломки и в какой то момент околоземное пространство становится совершенно непригодным для полетов ИСЗ или космических кораблей.

Тем не менее, в 2002 году  через 9 лет после запуска телескопа Хаббл к нему были направлены ремонтки для осмотра. и вот какие следы  что они обнаружили на поверхности его  солнечных батарей:



Проведя анализ, ученые пришли к выводу, что 90% столкновений это не микрометеориты, а следы космического мусора.

Человечество, вступив во "взрослый" период освоения космоса начала разрабатывать  Политику минимизации космического мусора..

Сначала нескоолько фактов:

В настоящее время на низких околоземных орбитах (до 2000 км от Земли) порядка 300 тыс. техногенных объектов общей массой до 5000 тонн. На основе статистических оценок делаются выводы, что число объектов размером  более 1 см  может достигать 60 000—100 000. Только  10 % из них была обнаружена с помощью наземных радиолокационных и оптических средств, отслеживается и внесена в каталоги. Например, на 2013 год каталог Стратегического командования США содержал 16 600 объектов (в основном, размером более 10 см), большая часть которых была создана СССР, США и Китаем. Российский каталог, ГИАЦ АСПОС ОКП (ЦНИИмаш), содержал в августе 2014 года 15,8 тыс. объектов космического мусора, а всего на околоземных орбитах находилось более 17,1 тыс. объектов (включая действующие спутники), столкновение с любым из которых приведет к полному разрушению  ИСЗ. .
Только  6 % отслеживаемых объектов — это действующие ИСЗ. Около 22 % объектов прекратили функционирование, 17 % представляют собой отработанные верхние ступени и разгонные блоки ракет-носителей, и около 55 % — отходы, технологические элементы, сопутствующие запускам, и обломки от взрывов ракет или ИСЗ.. (Причиной взрыва могут стать остатки топлива , находящиеся в корпусах ИСЗ или верхних ступеней ракет или разгонных блоков, в течение времени коррозия проедает баки , компоненты сондиняются и из одного большого объекта получаются тысячи маленьких. Взрываться могут и шаробаллоны и аккумуляторы.)

То есть Космический Мусор это реальная проблема, стоящая перед человечеством при освоении космоса.

Поговорим о ней на примере США, тем более там сейчас разгорается нешуточный скандал на эту тему..

С 2004 года в США существует : Orbital Debris Mitigation Standard Practices (ODMSP). Документ, который определяет правила для компаний, запускающих ИСЗ в части предохраняющей орбиту от космического мусора.  До недавнего времени , основными загрязнителями орбиты были верхние ступени ракет,  космические аппараты разного военного и научного назначения, доля спутников связи была мизерна, тем более, что они уходили на ГСО, откуда их не вернешь, и там правила более просты – подними их на «кладбище на 300 км выше  стандартной ГСО  и забудь. Поэтому главным регулятором по мусору была НАСА и DoD (МинОбороны США), кроме того федеральные комиссии по авиации (ФАА), связи (ФСС) и изучению атмосферы и океанов (NOAA) были ответственны за соблюдении правил коммерческими компаниями

Она и сформулировала 4 главных принципа  политики по уменьшению  космического мусора:


Кратко


  • Любой мусор размером больше чем 5 мм не должен оставаться на орбите больше чем 25 лет

  • Конструкция ИСЗ, ракеты или КК должна минимизировать   риск его взрыва в космосе

  • Оператор должен предотвращать столкновения на орбите с другими объектами, а столкновение с мусором размером 1 см не должно приводить к потере контроля над ИСЗ

  • Космический аппарат должен быть удален с орбиты по окончании своей работы не позже чем через 25 лет , при этом вероятность того, что кто то на Земле станет жертвой упавшего на Землю КА должна быть меньше 1 к 10000 . Орбиты космических кладбищ не должны пересекать низкие, средние и геостационарные орбиты.

Правила были понятны и выполнимы, все взялись за работу и жили мирно и хорошо, пока  не появился Элон Эрролович Маск и не объявил о планах Спейс Х.
Когда Space X объявил о первом этапе сети Старлинк в 4425 ИСЗ мир ахнул,   но потом от него последовало объявление о сети в 7000 ИСЗ в V диапазоне – космическая общественность просто замерла с открытым ртом, а когда к этому добавилсь  еще заявка через ФСС в МСЭ  на 30000 спутников..  Руководящие товарищи, ответственные за космический мусор,  только и смогли прошептать – «кажется это «п….ц»..

Попутно, начали приходить новости и о проектах Амазона и Боинга, что только добавляла бензинчику в бушующее уже в головах космоэкологов и СМИ  пламя борьбы за чистый космос..

И НАСА с ДОД снова взялись за дело по реформированию 4 столпов, на которых и стояла эти 15 лет вся борьба против космического мусора.

2 декабря 2019 году были принята новая версия Orbital Debris Mitigation Standard Practices (ODMSP) и НАСА и ДОД Представили общественности свое видение:

Во первых решили подробно растолковать  4 старых столпа, написали очень много "букофф", но по сути в общем то, не внесли туда чего то Экстра нового запретильного, часто ограничиваяь просто пожеланиями  "давайте не мусорить"

1-1. Во всех режимах работы орбиты: космические аппараты и верхние ступени ракет должны быть спроектированы таким образом, чтобы устранять или сводить к минимуму выбросы мусора во время нормальной работы. Каждый случай планируемого выброса мусора размером более 5 мм в любом измерении, которое остается на орбите более 25 лет, должен быть оценен и обоснован. Для всех запланированных выбрасываемых обломков размером более 5 мм в любом измерении общее произведение (время х кол-во) на  низкой околоземной орбите (LEO) должно составлять менее 100 штуко-лет на верхнюю ступень или на космический аппарат.

2-1. Ограничение риска для других космических систем от случайных взрывов и связанного с ними орбитального мусора в ходе полета: при разработке конструкции космического корабля или верхней ступени каждый проект  должен доказать с помощью общепринятых методов проектирования и оценки вероятности, что суммарная  вероятность появления мусора из за взрыва корабля/ступени  для всех вероятных  причин взрыва  (исключая удары мелких частиц) составляет менее 0,001 (1 на 1000) для всего времени пребывания в космосе.
2-2. Все бортовые источники энергии космического корабля или верхней ступени должны быть разряжены или выключены, если они больше не требуются для полета или сведения с орбиты . . Разрядка/выключение должно произойти, как только такая операция не представляет риска  для полезной нагрузки. Сжигание топлива  и выброс сжатого газа должны быть выполнены так, чтобы минимизировать вероятность последующего случайного столкновения /взрыва.

3-1. При разработке проекта и профиля полета космического корабля или верхней ступени надо оценить и ограничить вероятность столкновения с объектами диаметром 10 см и более в течение срока нахождения на орбите  до менее 0,001 (1 на 1000). В качестве максимального срока службы на орбите используется 100 лет.
3-2. Столкновение с небольшими частицами во время  полета. Конструкция космического корабля должна  гарантировать , что не менее чем в 99% случаев  столкновения с микрометеорами и орбитальным мусором размером менее 1 см, не  вызовут повреждение, препятствующее запланированному способу увода ИСЗ с орбиты.

4-1. Утилизация  космического корабля или верхней ступени может осуществляться одним из следующих способов:
а. Возврат на Землю или выход на  гелиоцентрическую орбиту вокруг Солнца. При возврате на Землю риск гибели людей от уцелевших частей ИСЗ  с кинетической энергией удара более 15 джоулей должен быть менее 0,0001 (1 на 10000).
б. Вывод ИСЗ  в атмосферу: возможно оставить ИСЗ  на той орбите, на которой, сопротивление атмосферы ограничит срок  полета  не  более чем  25 годами. Риск гибели людей от уцелевших частей ИСЗ  - см. п.а)
с. Хранение между LEO и GEO:

I. Маневр на эксцентричные  орбиты захоронения (например, ГПО), где (1) высота перигея остается выше зоны НОО в течение не менее 100 лет, (2) высота апогея остается ниже зоны ГПО в течение не менее 100 лет, и (3 ) время, проведенное ИСЗ  между 20 182 +/- 300 км, ограничено 25 годами или менее в течение 200 лет; или
II. Выполните маневр на околоземной орбите утилизации, чтобы (1) избежать пересечения 20 182 +/- 300 км, зоны GEO и зоны LEO в течение не менее 100 лет, и (2) ограничить риск для других действующих групп, например, избегая пересечения высот, занимаемых известными группировками в  10 или более космических аппаратов, использующих околоземные орбиты, в течение 100 лет.
д. Хранение над ГСО: увод на орбиту с высотой перигея, превышающей 35 986 км (верхняя граница зоны ГЕО), чтобы гарантировать, что ИСЗ остается за пределами зоны ГСО в течение не менее 100 лет.
е. Для структур на MEO,  сильно наклоненных GEO и других орбитах , где вход в земную атмосферу потребует большого времени:. При разработке плана утилизации  этим способом  надо (1) ограничить срок пребывпния на орбите 200 годами  (2) ограничить время, проведенное ИСЗ в зоне LEO, зоне GEO и между 20 182 +/- 300 км не более  25 лет или менее на каждую зону; и (3) ограничить вероятность столкновений с мусором 10 см и более менее 0,001 (1 на 1000) в течение срока службы.
е. Прямой увод с орбиты: желательно выполнить  сразу по завершении работы ИСЗ, но не позже  чем через 5 лет после этого..

4-2. Вероятность успешной утилизации ИСЗ должна быть не менее 0,9 с при стремлении к 0,99 или выше. Зона геосинхронной земной орбиты (ГСО) определяется как область между высотами 35 586 и 35 986 км. Зона низкой околоземной орбиты (LEO) определяется как область ниже высоты 2000 км. Среднеземная орбита (MEO) является областью между LEO и GEO. Из-за неопределенности измерения топлива ближе к концу полета, ИСЗ должна использовать маневрирование, чтобы снизить риск, того, что он останется на рабочей орбите.

Во вторых К 4 столпам предыдущих правил добавили пятую подпорку, относящуюся к  кубсатам, большим созвездиям (Привет  Элон!!!) и обслуживанию/ремонту ИСЗ в космосе.


5-1. Большие группировки (БГ) – состоящие  из 100 или более действующих космических аппаратов. 
а) Каждый ИСЗ  в БГ должен иметь вероятность успешного увода с орбиты на уровне более 0,9 с ориентиром  0,99 или выше. 





б). Для БГ  вариант  4-1.a. является предпочтительным. 






5-2. Небольшие спутники, включая CubeSats, должны следовать стандартной практике, изложенной в пункте 4-1





Для малых космических аппаратов размером менее 10 см × 10 см × 10 см при полном развертывании:





а. Любой ИСЗ на  LEO должен иметь как можно более короткий срок нахождения после окончания службы, но не более 25 лет .





б. Общее произведение кол-ва ИСЗ на время пребывания на орбите LEO не должно превышать 100 объектов-лет  за миссию.





5-3. Стыковки и  сближение ИСЗ и их обслуживание - при разработке таких полетов необходимо уменьшить  риск образования обломков.
 Программа должна (1) ограничить вероятность случайного столкновения и (2) ограничить вероятность случайного взрыва в результате  операций. Любой запланированный мусор, полученный в результате полета, должен соответствовать стандартной практике для мусора, изложенной в пункте 1.





Космическая промышленность США крайне спокойна отнеслась к этим по сути косметическим изменениям. Но не тут то было. Беда пришла со стороны ФСС,

Неожиданно, в ФСС  оказалась группа экстремистов-мусороборцев, которым эти изменения показались недостаточными. Желание ФСС ужесточить политику ODMSP вызвано опасением, что крупные спутниковые группировки, которые будут развернуты в течение следующих нескольких лет, усугубят проблему орбитального мусора, особенно,  если не будут предприняты шаги по сокращению сроков утилизации их ИСЗ после миссии или повышению надежности систем удаления орбит и тут любой разговор начинается и заканчивается упоминанием  Спейс Х…

Комиссар FCC Джессика Розенворсель (видимо,  копируя то ли боевую подругу Махно Марусю, то ли юную Грету Тунберг, и нарядившись в кожаный френч с красным бантом и маузером на поясе ) выразила разочарование робостью агентства (FCC)  по вопросам orbital management. «Вместо того чтобы агрессивно продвигаться вперед, как предполагалось в нашем проекте, мы возвращаемся назад и добавляем запутанные формулировки о том, должна ли эта работа вообще продолжаться в этих залах», - сказала она. «Это не то лидерство, которое нам нужно, поскольку мы вступаем в новую эру в космосе. Нам нужно четкое руководство от этого агентства». В общем, как у нас говорил Озеров  - "такой хоккей нам не нужен"

Сторонники Джессики составили собственный проект,

«Это правило (не более 25 лет на сход с орбиты), вероятно, больше не имеет смысла», - сказал Рон Лопес, президент и управляющий директор Astroscale US, во время панельной дискуссии на SpaceCom Expo в Хьюстоне . «Это имело смысл, 20 лет назад. Итак, давайте снизим это до 10 лет или пяти лет ».

Есть и более экстремистские идеи: FCC раздумывает о стандарте надежности изготовления  99,9% для больших созвездий на низкой околоземной орбите, если она выше 600–650 километров.

FCC также планирует потребовать, чтобы новые спутники, работающие на высоте более 400 километров, имели двигательные установки или другие средства предотвращения столкновений - это правило, более строгое, чем 600-километровый эталон, введенный самой же FCC в прошлом году для упрощенных лицензий ИСЗ типа smallsat. Федеральная комиссия связи США заявила, что это правило не будет применяться до 23 апреля 2022 года, чтобы позволить спутникам, уже находящимся в стадии строительства, продолжать работу без длительных и дорогостоящих изменений их конструкции.

После того как 2 апреля 2020 года Федеральная комиссия связи США выпустила проект своих правил «Mitigating Orbital Debris in the New Space Agе» с выше означенными идеями,  уже  восстали космопромышленники. Во первых в среде космической промышленности (то есть компаний, которые и обязаны будут обеспечить эти самые антимусорные нормы) возник вопрос : « А судьи кто??»

И имеет ли право ФСС  в одиночку навязывать компаниям при выдаче лицензий на право использование частотного ресурса США эти самые свержесткие нормы??

Далее Дело дошло до Конгресса,

«Нормативные действия FCC в настоящее время без четкого разрешения со стороны Конгресса, по крайней мере, могут создать путаницу и подорвать работу [FCCs], а в худшем случае подорвать экономическую конкурентоспособность США и лидерство страны в космосе», - написали законодатели своем письме от 15 апреля председателю FCC Аджиту Паю. Письмо из конгресса последовало сразу после обращения, которое FCC получил 14 апреля от Ассоциации аэрокосмической промышленности и Ассоциации спутниковой промышленности, критикующих предложенные ФСС правила. Письмо Конгресса было подписано председателем и высокопоставленным членом Комитета по науке Палаты представителей - заместителями Эдди Бернис Джонсон (штат Техас) и Фрэнком Лукасом (штат Оклахома) и их коллегами из подкомитета по космосу и воздухоплаванию.

Надо отметить, что действительно  борьба с мусором не может быть заботой только одной страны, и США в одиночку без готовности сотрудничества со стороны ЕС, России, Китая и Индии (а в будущем и Ирана, Японии и обеих Корей) не достигнут нужного эффекта по чистоте космоса. Односторонние обязательства только ухудшат конкурентоспособность американских компаний, так что правда в письме законодателей из видимо самых «космических» штатов США есть..
Как указал уважаемый
sas1  в комментариях ниже в России так же имеет регламент (ГОСТ), определяющий требования к минимизации космического мусор .Вот его название и ссылка на него  ГОСТ Р 52925-2018 Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. Надо отметить, что он значительно подробнее ..чм приведенные выше правила Orbital Debris Mitigation Standard Practices

Касательно Спейс Х, она  понимая, что первой под каток гнева  всей  прогрессивной общественности попадет именно она, во всех своих заявках  в ФСС на Старлинки , начиная с самой первой, долго и нудно объясняет бюрократам этот мусорный момент, по деталям разбирая конструкцию своих Старлинков  и после анализа  утверждает, что в отличие от СтарЛинка V0.9, где какая то особо прочная  железяка типа вала гироскопа (??) могла все таки в полуоплавленном состоянии достичь на Земле чьей то головы , то СтарЛинки 1.0 сгорят до последней пылинки еще в голубом небе. Опять таки суперсовременная система мониторинга траектории Старлинков в купе с базой о всех известных  КА и космическом мусоре, и наличии ЭРД на Старлинках, под руководством написанной в Хоторне чудо программы, позволят Старлинкам в нужный момент аки нинзя отпрыгнуть от злого мусора и избежать соответствующих неприятностей..


Вопрос поверят ли в ФСС расчетам и заверениям  инженеров СПейс Х и сколько на это потребуется времени??

В общем будем наблюдать..

А  для тех кто смог дочитать до конца  приятный Бонус  в виде Хорошей Новости - забудьте о зловещей картине на фото в начале, что космос набит битком мусором, в действительности пока все не столь  страшно  -  и космонавтам и астронавтам пока можно спокойно летать ибо космос поистине  огромен:  давайте возьмем куб в космическом прострастве  высотой 500 км и такой же длины и ширины - пусть в нем будут находиться 500 спутников (Пятьсот!!!)  размером по 10 метров, каждый  так вот вероятность их столкновения  такая же  как у 2 мух в зале Большого театра  , если в нем будет только две эти мухи..
в общем не только  самая длинная опера закончится раньше, и но даже мухи  умрут естественным путем  так и не встретившись  :-)



P.S. Уважаемые Читатели , автор сего поста крайне заинтересован понять ценность для Вас этих его «многабукофф». Для чего , если Вас это не затруднит, просит Вас нажимать на кнопочку понравилось вверху в центре  или внизу слева  в виде синего сердечка (или не нажимать,  если, Вы нашли пост неинтересным/бесполезным . Это поможет Автору понять запросы  Аудитории и улучшить свои посты ..
Конечно, прямая критика, что не так, всячески приветствуется..

Tags: fcc, nasa, space x, starlink, США, законы, ликбез, мусор
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 85 comments