Walcz z kosmicznym śmieciem
W 1957 r. Związek Radziecki wystrzelił w kosmos pierwszego sztucznego satelitę Ziemi, zapoczątkowując w ten sposób nową erę Historie ludzkość - era eksploracji kosmosu. Przez ponad 50 lat, które minęły od tego czasu, człowiek wysłał w kosmos ogromną liczbę różnych satelitów, rakiet i stacji naukowych. Wszystko to doprowadziło do systematycznego zanieczyszczenia przestrzeni kosmicznej wokół naszej planety. Według NASA, według stanu na lipiec 2011 r. wokół Ziemi „krążyło” 16 094 obiektów sztucznego pochodzenia, w tym 3 funkcjonujących i już niesprawnych satelitów, a także 396 12 górnych stopni, zużytych stopni rakiet nośnych i ich szczątków. Z przedstawionego dokumentu wynika, że pierwsze miejsce pod względem liczby obiektów sztucznego pochodzenia na orbicie okołoziemskiej zajmuje Rosja - 698 obiektów, z czego 6075 to śmieci kosmiczne, a następnie USA, Chiny, Francja, Indie i Japonia.
Rozmiar fragmentów śmieci znajdujących się na orbicie okołoziemskiej jest bardzo zróżnicowany: od mikrocząstek do rozmiaru szkolnego autobusu. To samo można powiedzieć o masie tych śmieci. Duże fragmenty mogą ważyć do 6 ton, podczas gdy małe cząstki ważą zaledwie kilka gramów. Wszystkie te obiekty poruszają się w kosmosie po różnych orbitach iz różnymi prędkościami: od 10 25 km/h do 50 XNUMX km/h. Co więcej, w przypadku zderzenia takich części kosmicznych śmieci ze sobą lub z dowolnym satelitą poruszającym się w przeciwnych kierunkach, ich prędkość może osiągnąć XNUMX tys. km/h.
Według Aleksandra Bagrowa, starszego naukowca w Instytucie Badawczym Astronomii Rosyjskiej Akademii Nauk, pojawia się dziś paradoksalna sytuacja. Im więcej urządzeń ludzkość wystrzeliwuje w kosmos, tym mniej staje się użyteczne. Statki kosmiczne zawodzą co roku z godną pozazdroszczenia regularnością, w wyniku czego ilość szczątków na orbicie Ziemi wzrasta rocznie o 4%. Obecnie po orbicie ziemskiej krąży do 150 1 różnych obiektów o rozmiarach od 10 do 1 cm, a cząstki o średnicy poniżej 400 cm to po prostu miliony. Jednocześnie, jeśli na niskich orbitach do XNUMX km śmieci kosmiczne są spowalniane przez górne warstwy atmosfery planety i po pewnym czasie opadają na Ziemię, to mogą nieskończenie długo pozostawać na orbitach geostacjonarnych .
Dopalacze rakiet, za pomocą których satelity są wystrzeliwane na orbitę ziemską, przyczyniają się do wzrostu śmieci kosmicznych. Ich zbiorniki wciąż zawierają około 5-10% paliwa, które jest bardzo lotne i łatwo zamienia się w parę, co często prowadzi do dość potężnych eksplozji. Po wielu latach przebywania w kosmosie stopnie rakiet, które spełniły swoje zadanie, eksplodują na kawałki, rozrzucając wokół siebie rodzaj „szrapnela” małych fragmentów. W ciągu ostatnich kilku lat w przestrzeni okołoziemskiej odnotowano około 182 takich eksplozji. Tak więc tylko jedna eksplozja indyjskiego stopnia rakietowego spowodowała powstanie jednocześnie 300 dużych fragmentów, a także niezliczonych mniejszych, ale nie mniej niebezpiecznych obiektów kosmicznych. Dziś świat ma już pierwsze ofiary kosmicznych śmieci.
Tak więc w lipcu 1996 roku na wysokości około 660 km. francuski satelita zderzył się z fragmentem 3. etapu francuskiej rakiety arian, która została wystrzelona w kosmos znacznie wcześniej. Prędkość względna w momencie zderzenia wynosiła około 15 km/s lub 50 XNUMX km/h. Nie trzeba dodawać, że francuscy specjaliści, którzy przegapili podejście do własnego dużego obiektu, długo gryzli się w łokcie po tej historii. Incydent ten nie przerodził się w wielki międzynarodowy skandal, ponieważ oba zderzyły się w kosmosie obiekty pochodzenia francuskiego.
Dlatego problem dzisiejszych śmieci kosmicznych nie wymaga dodatkowej przesady. Trzeba tylko pamiętać, że przy obecnym tempie znaczna część orbity Ziemi wkrótce nie będzie najbezpieczniejszym miejscem dla statków kosmicznych. Zdając sobie z tego sprawę, badacz z Texas A&M University, Jonathan Missel, uważa, że wszystkie istniejące metody usuwania śmieci kosmicznych mają co najmniej jedną z dwóch powszechnych dolegliwości. Obejmują one misje typu „jeden kawałek kosmicznego śmiecia, jeden śmieciarz” (które są bardzo drogie) lub tworzenie technologii, których dopracowanie zajmie ponad dekadę. Tymczasem liczba ofiar kosmicznych śmieci rośnie.
Rozumiejąc to, Jonathan Missel proponuje unowocześnienie koncepcji „Jeden kawałek kosmicznego śmiecia – jeden padlinożerca” do wielokrotnego użytku. System TAMU Space Sweeper, który on i jego koledzy opracowali z satelitą Sling-Sat (satelita typu sling), jest wyposażony w specjalne konfigurowalne „ręce”. Taki satelita, po zbliżeniu się do kosmicznych śmieci, przechwytuje go specjalnym manipulatorem. W tym samym czasie, ze względu na różne wektory ruchu, Sling-Sat zaczyna się skręcać, ale dzięki regulowanemu pochyleniu i długości „ramion”, manewr ten jest całkowicie kontrolowany, co pozwala, obracając się jak piłka nożna, sensownie zmienić własną trajektorię, wysyłając „satelitę procy” w kierunku kolejnych kawałków kosmicznych śmieci.
W momencie, gdy satelita znajdzie się na trajektorii ruchu do drugiego obiektu kosmicznego, podczas obrotu zostanie przez niego wypuszczony pierwszy element kosmicznych śmieci. Co więcej, stanie się to pod takim kątem, że próbka kosmicznych śmieci na pewno zderzy się z atmosferą naszej planety, spalając się w niej. Po dotarciu do drugiego obiektu kosmicznych śmieci, satelita ten powtórzy wykonaną operację i będzie to robił za każdym razem, otrzymując dodatkowy ładunek energii kinetycznej z kosmicznych śmieci i jednocześnie wysyłając go z powrotem na Ziemię na planetę, która urodziła do niego.
Warto zauważyć, że ta koncepcja przypomina nieco metodę starożytnych greckich skoczków w dal, którzy robili to z odrzuconymi hantlami (dla dodatkowego przyspieszenia). To prawda, że w tym konkretnym przypadku śmieci kosmiczne będą musiały być łapane i rzucane w locie, czy kosmiczny zamiatacz TAMU poradzi sobie z tym, jest kwestią otwartą.
Z przeprowadzonej symulacji komputerowej wynika, że proponowany schemat charakteryzuje się wysoką teoretyczną efektywnością paliwową. I jest to zrozumiałe: w przypadku „satelity procy” energia ma być pobierana z kawałków satelitów i rakiet, które już od dawna są rozproszone do 1. prędkości kosmicznej, a nie z paliwa, które by to miało do dostarczenia naszemu śmieciarzowi z Ziemi.
Oczywiście koncepcja przedstawiona przez Missel ma raczej wąskie gardła. Warto zauważyć, że żaden z kawałków kosmicznych śmieci nie nadaje się oczywiście na pułapkę manipulatora i, co najważniejsze, do dużych przyspieszeń podczas intensywnego obrotu. W przypadku, gdy kawałek jest zbyt duży i ciężki, jego energia podczas obracania może wystarczyć do zniszczenia samego siebie, a także manipulatora. Jednocześnie stworzenie dużej liczby innych zamiast jednego kosmicznego śmiecia raczej nie poprawi sytuacji w kosmosie na niskich orbitach Ziemi. Jednocześnie oczywiście pomysł wydaje się ciekawy, a w przypadku odpowiedniej realizacji technicznej – skuteczny.
Źródła informacji:
-http://science.compulenta.ru/739126
-http://www.popmech.ru/article/479-kosmicheskiy-musor
-http://dev.actualcomment.ru/idea/996
-http://cometasite.ru/kosmicheskiy_musor
Rozmiar fragmentów śmieci znajdujących się na orbicie okołoziemskiej jest bardzo zróżnicowany: od mikrocząstek do rozmiaru szkolnego autobusu. To samo można powiedzieć o masie tych śmieci. Duże fragmenty mogą ważyć do 6 ton, podczas gdy małe cząstki ważą zaledwie kilka gramów. Wszystkie te obiekty poruszają się w kosmosie po różnych orbitach iz różnymi prędkościami: od 10 25 km/h do 50 XNUMX km/h. Co więcej, w przypadku zderzenia takich części kosmicznych śmieci ze sobą lub z dowolnym satelitą poruszającym się w przeciwnych kierunkach, ich prędkość może osiągnąć XNUMX tys. km/h.
Według Aleksandra Bagrowa, starszego naukowca w Instytucie Badawczym Astronomii Rosyjskiej Akademii Nauk, pojawia się dziś paradoksalna sytuacja. Im więcej urządzeń ludzkość wystrzeliwuje w kosmos, tym mniej staje się użyteczne. Statki kosmiczne zawodzą co roku z godną pozazdroszczenia regularnością, w wyniku czego ilość szczątków na orbicie Ziemi wzrasta rocznie o 4%. Obecnie po orbicie ziemskiej krąży do 150 1 różnych obiektów o rozmiarach od 10 do 1 cm, a cząstki o średnicy poniżej 400 cm to po prostu miliony. Jednocześnie, jeśli na niskich orbitach do XNUMX km śmieci kosmiczne są spowalniane przez górne warstwy atmosfery planety i po pewnym czasie opadają na Ziemię, to mogą nieskończenie długo pozostawać na orbitach geostacjonarnych .
Dopalacze rakiet, za pomocą których satelity są wystrzeliwane na orbitę ziemską, przyczyniają się do wzrostu śmieci kosmicznych. Ich zbiorniki wciąż zawierają około 5-10% paliwa, które jest bardzo lotne i łatwo zamienia się w parę, co często prowadzi do dość potężnych eksplozji. Po wielu latach przebywania w kosmosie stopnie rakiet, które spełniły swoje zadanie, eksplodują na kawałki, rozrzucając wokół siebie rodzaj „szrapnela” małych fragmentów. W ciągu ostatnich kilku lat w przestrzeni okołoziemskiej odnotowano około 182 takich eksplozji. Tak więc tylko jedna eksplozja indyjskiego stopnia rakietowego spowodowała powstanie jednocześnie 300 dużych fragmentów, a także niezliczonych mniejszych, ale nie mniej niebezpiecznych obiektów kosmicznych. Dziś świat ma już pierwsze ofiary kosmicznych śmieci.
Tak więc w lipcu 1996 roku na wysokości około 660 km. francuski satelita zderzył się z fragmentem 3. etapu francuskiej rakiety arian, która została wystrzelona w kosmos znacznie wcześniej. Prędkość względna w momencie zderzenia wynosiła około 15 km/s lub 50 XNUMX km/h. Nie trzeba dodawać, że francuscy specjaliści, którzy przegapili podejście do własnego dużego obiektu, długo gryzli się w łokcie po tej historii. Incydent ten nie przerodził się w wielki międzynarodowy skandal, ponieważ oba zderzyły się w kosmosie obiekty pochodzenia francuskiego.
Dlatego problem dzisiejszych śmieci kosmicznych nie wymaga dodatkowej przesady. Trzeba tylko pamiętać, że przy obecnym tempie znaczna część orbity Ziemi wkrótce nie będzie najbezpieczniejszym miejscem dla statków kosmicznych. Zdając sobie z tego sprawę, badacz z Texas A&M University, Jonathan Missel, uważa, że wszystkie istniejące metody usuwania śmieci kosmicznych mają co najmniej jedną z dwóch powszechnych dolegliwości. Obejmują one misje typu „jeden kawałek kosmicznego śmiecia, jeden śmieciarz” (które są bardzo drogie) lub tworzenie technologii, których dopracowanie zajmie ponad dekadę. Tymczasem liczba ofiar kosmicznych śmieci rośnie.
Rozumiejąc to, Jonathan Missel proponuje unowocześnienie koncepcji „Jeden kawałek kosmicznego śmiecia – jeden padlinożerca” do wielokrotnego użytku. System TAMU Space Sweeper, który on i jego koledzy opracowali z satelitą Sling-Sat (satelita typu sling), jest wyposażony w specjalne konfigurowalne „ręce”. Taki satelita, po zbliżeniu się do kosmicznych śmieci, przechwytuje go specjalnym manipulatorem. W tym samym czasie, ze względu na różne wektory ruchu, Sling-Sat zaczyna się skręcać, ale dzięki regulowanemu pochyleniu i długości „ramion”, manewr ten jest całkowicie kontrolowany, co pozwala, obracając się jak piłka nożna, sensownie zmienić własną trajektorię, wysyłając „satelitę procy” w kierunku kolejnych kawałków kosmicznych śmieci.
W momencie, gdy satelita znajdzie się na trajektorii ruchu do drugiego obiektu kosmicznego, podczas obrotu zostanie przez niego wypuszczony pierwszy element kosmicznych śmieci. Co więcej, stanie się to pod takim kątem, że próbka kosmicznych śmieci na pewno zderzy się z atmosferą naszej planety, spalając się w niej. Po dotarciu do drugiego obiektu kosmicznych śmieci, satelita ten powtórzy wykonaną operację i będzie to robił za każdym razem, otrzymując dodatkowy ładunek energii kinetycznej z kosmicznych śmieci i jednocześnie wysyłając go z powrotem na Ziemię na planetę, która urodziła do niego.
Warto zauważyć, że ta koncepcja przypomina nieco metodę starożytnych greckich skoczków w dal, którzy robili to z odrzuconymi hantlami (dla dodatkowego przyspieszenia). To prawda, że w tym konkretnym przypadku śmieci kosmiczne będą musiały być łapane i rzucane w locie, czy kosmiczny zamiatacz TAMU poradzi sobie z tym, jest kwestią otwartą.
Zamiatarka kosmiczna TAMU
Z przeprowadzonej symulacji komputerowej wynika, że proponowany schemat charakteryzuje się wysoką teoretyczną efektywnością paliwową. I jest to zrozumiałe: w przypadku „satelity procy” energia ma być pobierana z kawałków satelitów i rakiet, które już od dawna są rozproszone do 1. prędkości kosmicznej, a nie z paliwa, które by to miało do dostarczenia naszemu śmieciarzowi z Ziemi.
Oczywiście koncepcja przedstawiona przez Missel ma raczej wąskie gardła. Warto zauważyć, że żaden z kawałków kosmicznych śmieci nie nadaje się oczywiście na pułapkę manipulatora i, co najważniejsze, do dużych przyspieszeń podczas intensywnego obrotu. W przypadku, gdy kawałek jest zbyt duży i ciężki, jego energia podczas obracania może wystarczyć do zniszczenia samego siebie, a także manipulatora. Jednocześnie stworzenie dużej liczby innych zamiast jednego kosmicznego śmiecia raczej nie poprawi sytuacji w kosmosie na niskich orbitach Ziemi. Jednocześnie oczywiście pomysł wydaje się ciekawy, a w przypadku odpowiedniej realizacji technicznej – skuteczny.
Źródła informacji:
-http://science.compulenta.ru/739126
-http://www.popmech.ru/article/479-kosmicheskiy-musor
-http://dev.actualcomment.ru/idea/996
-http://cometasite.ru/kosmicheskiy_musor
informacja