Scavenger. Космический мусор

Scavenger. Космический мусор
Алексей Лепихов

Одна из угроз выживанию человечества – космический мусор.Всемогущий Интернет всё больше базируется на спутниках связи, а мимо несутся обломки ракет со скоростью выше разгона болида Формулы-1 в 150 раз. Стремительная сила способна разрушить пристанище всемирной паутины и учинить технологический апокалипсис.Эссе о проблемах ликвидации орбитальных загрязнений и предлагаемом решении – Scavenger.Адресовано школьникам, студентам и преподавателям, как иллюстрированное пособие [space_debris/junk].

Scavenger. Космический мусор

Алексей Лепихов

© Алексей Лепихов, 2020

ISBN 978-5-0051-1088-6

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Орбитальная система

ликвидации космического мусора

Scavenger

(маркетинговая концепция)

ВВЕДЕНИЕ

В 2011 году работа была представлена на конкурс в рамках международной школьной «Космической олимпиады».

Работа является маркетингово-концептуальной и не включает научно-техническое описание разработок. Рисунки не имеют строгой привязки к тексту. В 2020 году добавлены рисунки конструкций опубликованные позднее.

Цель работы. Выяснить, что мешает международному сообществу развернуть полномасштабную программу по ликвидации космического мусора. Предложить своё решение проблемы в виде цельной системы методов и средств.

Методы и приёмы:

Маркетинговое интернет-исследование с помощью информации размещенной на сайтах общей научно-космической направленности. Чтобы осознать суть проблемы потребовалось собрать максимально возможное количество данных о предложенных в настоящее время разработках и коротко их описать.

Полученные данные:

В основном, всё сводится к книгам по математическому моделированию и теоретическим статьям о конструкциях по захвату и транспортировке космического мусора. Иногда говорится об опытных образцах, но не о проведённых испытаниях. Специальная литература и информация о концептуальных решениях проблемы не обнаружены. Иллюстративный материал, в большинстве случаев, отсутствует или не содержит конкретики.

Выводы:

Большинство работающих над проблемой космического мусора сосредоточены на узконаправленных разработках.

Одним нужны средства для моделирования, другим – для наземного слежения, третьим – на разработку конструкций, четвёртые лоббируют интересы первых трёх, пятых назначили руководить остальными и выпускать отчёты. Необходима сплоченная международная команда менеджмента в рамках национальных программ государств и под присмотром их правительств.

В работе предложено:

Договориться об общей концепции борьбы с космическим мусором. Найти реальные способы мониторинга помимо математического моделирования и наземного наблюдения. Разработать средства маркировки объектов и средства оперативного анализа получаемых данных об объектах. Определиться с набором конструкций захвата и транспортировки мусора, описать способы их работы. Разработать методологические материалы для системы в целом. Создать современную научно-производственную базу.

МАРКЕТИНГОВОЕ            ИНТЕРНЕТ – ИССЛЕДОВАНИЕ

Проблемы ликвидации космического мусора, существующие и перспективные методы, мониторинг

Космический мусор (КМ) – все объекты, кроме активных космических систем (АС), которые находятся на околоземных орбитах или возвращаются в атмосферу.

Это естественные объекты (космические тела, их обломки, пыль) и искусственные объекты (фрагменты спутников, ракет, станций, а так же спутники и системы, закончившие активное существование).

Опасность КМ: 1) столкновение с АС (угроза жизни космонавтов и работоспособности систем); 2) неполное сгорание и химическое загрязнение продуктами сгорания при входе в атмосферу (угроза жизни и здоровью населения, угроза разрушения наземных объектов); 3) столкновение объектов (каскадный эффект).

Факторы загрязнения (термин), влияющие на степень загрязнения и на его последствия, следующие: время нахождения на орбите, траектория, высота орбиты, наклон орбиты, размер, масса, скорость, химический и биологический состав, радиоактивность, районы особенно выраженного влияния различных техногенных, космических и земных факторов, другое.

Проблема: нет достаточного мониторинга объектов КМ (всестороннего, точного, непрерывного и в реальном времени) по всем факторам загрязнения.

В настоящее время мониторинг КМ осуществляется небольшим, для глобального решения проблемы, числом международных наземных станций с попыткой объединить их в функциональные сети (IGMASS/МАКСиМ, Space Surveillance, АСПОС и др.), так как способы мониторинга достаточно разнообразны. Применяются методы оптических (в том числе лазерных), радиолокационных, фото- и теленаблюдений.

В зависимости от применяемых методов и принципов работы наблюдаются либо существенные погрешности измерений, либо отсутствие возможностей:

– измерения в полном диапазоне (например, дальние и близкие «дальности» одновременно);

– комплексное наблюдение всех факторов загрязнений;

– одновременное наблюдение за группами объектов КМ, за объектами различных размеров, с разными скоростями и параметрами орбит;

– наблюдения в реальном времени (маркировка для опознавания, фиксация параметров, изменения параметров);

– обнаружение всех объектов, включая самые мелкие (в зависимости от методов обнаружения и отдалённости делятся: до 1—2 мм, до 1 см, до 10 см и больше).

С учётом перечисленных недостатков существующий мониторинг позволяет создавать только математические модели части объектов КМ и только прогнозировать их поведение, то есть отслеживать не в реальном времени.

Проблема: не предложен достаточно надёжный способ маркировки объектов КМ и обмена данными между ними и анализирующими устройствами.

Одним из способов слежения за движущимися наземными объектами является их маркировка. Например, на животных устанавливают окольцовку и GPS-передатчики, за людьми наблюдают видео- и фотокамеры, повсеместно применяются электронные и магнитные штрихкоды, радиолокация используется в военных и промысловых целях.

Каждый способ, особенно в космических условиях, имеет недостатки: невозможность измерения всех факторов загрязнения одновременно; нереальная или дорогостоящая установка на объекты, движущиеся с огромной скоростью и имеющие небольшие размеры; недостаточный объём получения данных об объектах; отсутствие слежения в реальном времени; проблемы энергопотребления.

На Земле для точных измерений чаще применяются активные методы радиолокации, но в космических условиях это значительный расход электроэнергии.

При использовании пассивных методов сигналы подвергаются целому ряду искажающих помех, а собственный фон объектов (электромагнитный, инфракрасный и др.) должен быть достаточным для обнаружения. В условиях космоса эхолокация вообще отпадает.

Результаты наблюдений наземных станций заносятся в специальные каталоги космического мусора, но параметры КМ постоянно меняются, и отследить их с Земли в реальном времени невозможно.

По математическому моделированию написано множество трудов, но в настоящее время им не находится практического применения.

Проблема: не существует реальных наземных и космических систем, способных удалять космический мусор.

В настоящий момент идут обсуждения методов ликвидации КМ: складирование в точках Лагранжа, перевод объектов на орбиты захоронения (для самоуправляемых АС) и увод в космическое пространство, уничтожение на месте, торможение атмосферой.

Спутниковые системы стараются располагать на энергосберегающих орбитах, в зонах, откуда они отслеживают («покрывают») требуемые территории Земли или решают другие задачи (например, экономия топлива при выводе на экваториальную орбиту). Постепенно ощущаться нехватка мест для новых систем, наблюдение космоса с Земли затруднено.

Некоторые системы помещают в точки Лагранжа для энергосберегающего маневрирования. Там же скапливается и дрейфующий рядом КМ. Возникает дилемма: складировать космический мусор в точках Лагранжа или расчищать их для энергосберегающего использования спутниками.