Proces istraživanja svemira, koji je praktično započeo sredinom 20. vijeka, obično se predstavlja sa pozitivne strane kao nova faza u razvoju naučno-tehnološkog znanja. Međutim, već nakon lansiranja prvog satelita paralelno je započeo potpuno drugačiji negativni proces, povezan sa začepljenjem orbita oko Zemlje. Krhotine koje je napravio čovjek u svemiru predstavljaju mnoštvo prijetnji i svemirskim brodovima i Zemlji.
Izvori svemirskog otpada
Smeće se u ovom slučaju odnosi na derivate veštačke prirode, koji su veoma raznovrsni, ali su povezani sa direktnom ljudskom aktivnošću. Na primjer, prirodni meteoroidi ne predstavljaju prijetnju, za razliku od otpada koji je napravio čovjek, koji predstavlja prijetnju zbog svog dugog boravka u niskoj Zemljinoj orbiti.
Pa, odakle opasni krhotine dolaze u svemiru? Većina toga jestenastaju tokom lansiranja satelita i lansiranja drugih vozila u orbitu. U takve procese nužno su uključeni i prateći brodovi s posadom ili automatski, koji za sobom ostavljaju tehničke predmete i potrošni materijal. Najopasniji izvor zagađenja ove vrste je uništavanje satelita i brodova u orbiti, zbog čega u svemiru ostaju neupravljana oprema i strukturni dijelovi letjelica. Sami po sebi fragmenti nakon pada opreme ili u procesu planiranog ispuštanja otpada ni u jednom broju ne predstavljaju ozbiljnu prijetnju. Međutim, dugotrajnom akumulacijom nastaju veliki objekti, često sa visokim radioaktivnim potencijalom, što otežava njihovo uništavanje.
Značajnu ulogu u procesima formiranja opasnih krhotina igra efekat "stare" degradacije krhotina iz svemirskih objekata u agresivnom okruženju. Na iste akumulacije krhotina negativno utječu kosmička prašina, zračenje, temperaturni ekstremi, oksidacija kisika, itd. Dakle, ne treba se baviti samo fizičkim elementima koji predstavljaju prijetnju sudara, već i nekontroliranim i eksplozivnim materijalima koji povećavaju rizik katastrofa.
Nadgledanje svemirskog otpada
Postojeće opasnosti povezane sa prisustvom svemirskog otpada takođe zahtevaju stalna istraživanja orbita u blizini Zemlje. Specijalni uređaji skeniraju umjetni otpad prema nekoliko karakteristika, uključujući veličinu, masu, oblik, brzinu,putanja, sastav itd. U zavisnosti od udaljenosti od Zemlje koristi se određena oprema. Na primjer, niska Zemljina orbita LEO sistema konvencionalno pokriva udaljenost od 100 do 2000 km. U ovom spektru rade radiotehnički, radarski, optički, optoelektronski, laserski i drugi uređaji za posmatranje svemirskog otpada. Istovremeno se razvijaju posebni algoritmi za analizu informacija primljenih na ovim uređajima. Za kombinovanje skupa fragmentiranih podataka koriste se složeni matematički računski modeli koji daju relativno potpunu sliku onoga što se dešava u određenom području posmatranja.
Uprkos korištenju visokotehnoloških metoda praćenja, još uvijek postoje problemi u praćenju malih čestica od samo nekoliko milimetara. Takve fragmente mogu samo djelomično proučavati senzori na brodu, ali to nije dovoljno za dobivanje sveobuhvatnih informacija, na primjer, o kemijskom sastavu objekta. Jedan od pravaca za praćenje takvih čestica je takozvano pasivno mjerenje. Svojevremeno su se po ovom principu proučavale komponente svemirske stanice Mir vraćene na Zemlju. Suština ove tehnologije je da se registruju udari proučavanih čestica na površinu aparata u otvorenom prostoru. U laboratorijama su analizirane različite vrste oštećenja, što je omogućilo dobijanje dodatnih informacija o svemirskom otpadu. Danas timovi kosmonauta rade na ovom putu istraživanja direktno u orbiti, pregledavajući površine operativnih svemirskih letjelica.
Distribucija krhotina u svemiru blizu Zemlje
Nadgledanje svemira ukazuje na neravnomjernu distribuciju krhotina različitih vrsta u orbitama. Najveća klastera se uočavaju u području niske orbite - posebno, u poređenju sa visokim orbitama, razlika u gustoći može biti hiljadu puta. Istovremeno, postoji veza između gustine klastera i veličine čestica. Prostorna gustina krhotina srednje veličine je obično niža u visokim orbitama nego u niskim orbitama u manjem omjeru u poređenju sa krupnozrnatim elementima.
Na karakteristike distribucije svemirskog otpada oko Zemlje utiče niz faktora, među kojima su karakteristike porekla. Na primjer, mali fragmenti nastali kao rezultat uništenja dijelova stanice ili satelita imaju nestabilne vektore brzine. Što se tiče velikih krhotina, zbog svoje velike dinamike može doseći velike visine do 20.000 km, a takođe se širi u geostacionarnom prstenu. Na nivou od 2000 km, postoji neravnomjerna distribucija sa tačkama povećanja gustine posebno na 1000 i 1500 km. Inače, geostacionarna orbita je najzačepljenija, au njenom području je zabilježena velika tendencija zanošenja krhotina.
Trendovi razvoja svemirskog otpada
Svemirski naučnici su više zabrinuti za potencijalne nego trenutne pretnjekrhotine u Zemljinoj orbiti. Trenutno, studije ukazuju na povećanje stope zagađenja za 4-5% godišnje. Štaviše, uloga lansiranja svemirskih letjelica još uvijek nije pouzdano procijenjena u smislu rasta populacije stranih tijela u različitim orbitama. Veliki objekti su podložni predviđanju, ali, kao što je već napomenuto, ograničene informacije o malim krhotinama čak i u bliskom svemiru ne dozvoljavaju nam da govorimo sa visokim stepenom objektivnosti o karakteristikama masovnih krhotina. Uprkos tome, naučnici donose dva nedvosmislena zaključka o malim krhotinama:
- Zapremina malih čestica koje nastaju kao rezultat razaranja stalno raste sa povećanjem broja sudara. I u laboratorijskim uslovima i u teorijskim studijama pokazalo se da mali fragmenti čine značajan dio elemenata koji su odvojeni od objekata uništenja.
- Veoma male čestice u obliku istih produkata sudara su podložnije negativnim efektima vanjskih sila. Efekat degradacije kada se krhotine nalaze u agresivnim uslovima duže vreme smanjuje verovatnoću pouzdane procene budućnosti takvih akumulacija.
Očigledno da će se problemi pronalaženja krhotina u svemiru samo pogoršavati, što zahtijeva donošenje odgovarajućih mjera. Ali čak i uz potpuno gašenje projekata vezanih za svemir, Zemljina orbita će i dalje biti začepljena kao rezultat sudara postojećih zagađujućih elemenata s prirodnim česticama. Po inerciji, ovaj proces će se nastaviti još najmanje 100godine.
Vrste efekata zagađenja svemira
Najopasnije negativne posljedice utjecaja svemirskog otpada uključuju sljedeće:
- Ekološka šteta na Zemlji. Samo po sebi, prisustvo tehnogenog otpada unutar orbite oko Zemlje povlači za sobom promjenu ekološke pozadine i narušava izvornu čistoću okoliša. Prema mišljenju astronoma-posmatrača, proces smanjenja transparentnosti svemirskog prostora blizu Zemlje već napreduje, što objašnjava i prisustvo smetnji u radu radio opreme. Direktno za Zemlju može se uočiti opasnost od pada komponenti sa gorivim materijalima koji osiguravaju rad mlaznih motora.
- Ruševine padaju na Zemlju. Čak i bez radioaktivnog efekta, pad umjetnog otpada iz bliskog svemira može dovesti do katastrofalnih posljedica. Do danas su najveći spušteni objekti imali masu ne veću od 100 tona, ali to nije predstavljalo ozbiljnu prijetnju planeti. S druge strane, kako se intenzitet opstrukcije Zemljine orbite povećava, ovaj scenario će postati sve mračniji.
- Opasnost od sudara u svemir. Ne potcjenjujte štetu svemirskog otpada za opremu koja se koristi u podršci leta. Isti udari velikih i malih čestica mogu dovesti do značajnih poremećaja u radu uređaja, a velike nezgode ugrožavaju izglede za realizaciju skupih ambicioznih projekata.
Sistemi za procjenu štete u slučaju sudarasmeće
Pre svega, već uspostavljena praksa analize efekata na površinu letelica primenjuje se spoljnim pregledom od strane samih kosmonauta. Kao što je već spomenuto, rezultati takvih studija mogu se dalje koristiti za određivanje karakteristika smeća. Međutim, najpreciznije analitičke informacije daju samo laboratorijski testovi u kojima se umjetno djeluje na ciljne materijale. Imitacija sudara opreme sa krhotinama u svemiru ostvaruje se ultra-brzim udarima. Nadalje, pomoću kompjuterskog i digitalnog modeliranja, dobijeni podaci se obrađuju uz analizu karakteristika oštećenja i mehanike udara na ciljni objekt. Među glavnim pokazateljima su svojstva kao što su snaga, očuvanje funkcionalnosti, preživljavanje pojedinih komponenti, stepen fragmentacije, itd.
Određivanje nivoa opasnosti od svemirskog otpada
Čak iu fazama projektovanja orbitalnih stanica i svemirskih kompleksa, uzima se u obzir mogućnost sudara sa raznim vrstama krhotina. Za izračunavanje optimalne pouzdanosti dizajna koriste se podaci o specifičnom okruženju u kojem će se uređaj koristiti. Istovremeno, i dalje je značajan problem nepreciznost eksperimentalnih i analitičkih metoda za procjenu prijetnji. Krhotine u svemiru mogu se ispitati samo do određenog stepena pretpostavki, što otežava dizajnerima da pravilno pripreme vozila za sudare velikom brzinom. ZaZa približnu procenu opasnosti koristi se koncept opštih tokova svemirskog otpada, koji se potencijalno može sresti na putanji letelice. Prikazuju se dalji podaci o gustini protoka, brzini, napadnim uglovima i broju očekivanih udara.
Načini smanjenja prijetnji od krhotina u svemiru
Relativno nizak nivo praćenja i karakterizacije svemirskog otpada sa njegovim predviđanjem samo je dio problema. U sadašnjoj fazi, stručnjaci se suočavaju s nizom pitanja vezanih za smanjenje rizika od negativnog utjecaja otpada koji je stvorio čovjek u svemiru. Danas se razmatraju dva pravca za rješavanje ovog problema. Prvo, to je generalno smanjenje letova, kao i minimiziranje tehnoloških procesa koji dovode do začepljenja orbita na različitim nivoima. Drugo, možemo govoriti o strukturnoj optimizaciji vozila uz smanjenje dijelova koji bi potencijalno mogli postati svemirski otpad. Posebna pažnja u sistemima upravljanja svemirom danas se posvećuje kontaminaciji radioaktivnim supstancama. Ovo se odnosi na minimiziranje izduvnih proizvoda motora do prelaska na fundamentalno nove izvore goriva.
Izgledi za borbu protiv krhotina u bliskom svemiru
Aktivan rad na regulisanju svemirskih aktivnosti na globalnom nivou daje osnove za optimizam u procjeni razvoja situacije u budućnosti. Pažljiv odnos prema čistoći orbitalnih sredina uključen je u koncepte strateških programa najvećih država, koji doprinosenajveći doprinos borbi protiv krhotina u svemiru. Čišćenje i odvođenje malih i velikih čestica u poligon orbite jedno je od ključnih područja u čišćenju prostora od zagađenja koje je napravio čovjek, ali još ne postoje efikasne metode za implementaciju ovog koncepta. Ovo je tehnološki težak zadatak, tako da je trenutno glavni naglasak i dalje na načinima optimizacije ljudskih aktivnosti u svemiru.
Zaključak
Jedan od radikalnih načina za rješavanje problema svemirskog otpada je potpuno prestanak lansiranja orbitalnih stanica i satelita dok se ne pojave novi i pristupačniji načini čišćenja okoline blizu Zemlje. Ali ovaj pravac je i utopijski zbog niza ekonomskih i tehnoloških razloga. Ipak, postoje preduslovi da se situacija promijeni na bolje. Čak i ako pogledate nekoliko decenija unazad, možete primetiti suštinske promene u stavu same osobe prema ovom problemu. Dakle, ako je tokom rada svemirske stanice Mir uobičajena praksa bila direktno ispuštanje otpadnih proizvoda posade, danas je to nemoguće zamisliti. Uvode se sve stroža pravila kojima se regulišu procesi boravka u svemiru. O tome svjedoče i međunarodne konvencije, prema kojima su zemlje koje učestvuju u svemirskim aktivnostima dužne pridržavati se principa smanjenja negativnog uticaja na ekološku situaciju u okruženju blizu Zemlje.
