Der Prozess der Erforschung des Weltraums, der praktisch Mitte des 20. Jahrhunderts begann, wird normalerweise positiv als eine neue Stufe in der Entwicklung wissenschaftlicher und technologischer Erkenntnisse dargestellt. Doch bereits nach dem Start des ersten Satelliten begann parallel ein ganz anderer negativer Prozess, der mit der Verstopfung erdnaher Umlaufbahnen verbunden war. Vom Menschen verursachte Trümmer im Weltraum stellen eine Vielzahl von Bedrohungen für Raumfahrzeuge und die Erde dar.
Quellen von Weltraumschrott
Müll bezieht sich in diesem Fall auf vom Menschen verursachte Derivate, die sehr vielfältig sind, aber mit direkter menschlicher Aktivität verbunden sind. Zum Beispiel stellen natürlich vorkommende Meteoroiden keine Bedrohung dar, im Gegensatz zu vom Menschen verursachten Abfällen, die aufgrund ihres langen Aufenth alts in der erdnahen Umlaufbahn eine Bedrohung darstellen.
Also, woher kommen die gefährlichen Trümmer im Weltraum? Das meiste ist esdie während Satellitenstarts und Starts anderer Fahrzeuge in die Umlaufbahn erzeugt werden. Bei solchen Prozessen sind zwangsläufig begleitende bemannte oder automatische Schiffe beteiligt, die technische Gegenstände und Verbrauchsmaterialien zurücklassen. Die gefährlichste Verschmutzungsquelle dieser Art ist die Zerstörung von Satelliten und Schiffen im Orbit, wodurch unkontrollierte Ausrüstung und Strukturteile von Flugzeugen im Weltraum verbleiben. Die Bruchstücke nach dem Absturz von Geräten oder im Prozess der geplanten Freisetzung von Abfällen stellen für sich genommen keine ernsthafte Bedrohung in einer einzigen Anzahl dar. Bei längerer Akkumulation entstehen jedoch große Objekte, oft mit hohem radioaktivem Potential, was ihre Zerstörung erschwert.
Eine bedeutende Rolle bei den Prozessen der Bildung gefährlicher Trümmer spielt der Effekt des "Alters" des Abbaus von Trümmern von Weltraumobjekten in einer aggressiven Umgebung. Die gleichen Trümmeransammlungen werden durch kosmischen Staub, Strahlung, Temperaturextreme, Sauerstoffoxidation usw. negativ beeinflusst. Daher muss man sich nicht nur mit physikalischen Elementen befassen, die eine Kollisionsgefahr darstellen, sondern auch mit unkontrollierten und explosiven Materialien, die das Risiko erhöhen von Katastrophen.
Überwachung von Weltraumschrott
Die bestehenden Gefahren, die mit dem Vorhandensein von Weltraumschrott verbunden sind, erfordern auch eine ständige Erforschung erdnaher Umlaufbahnen. Spezialgeräte scannen künstlichen Abfall nach mehreren Merkmalen, darunter Größe, Masse, Form, Geschwindigkeit,Flugbahn, Zusammensetzung usw. Je nach Entfernung von der Erde werden bestimmte Geräte verwendet. Beispielsweise überdeckt die erdnahe Umlaufbahn des LEO-Systems herkömmlicherweise eine Entfernung von 100 bis 2000 km. Funktechnik, Radar, optische, optoelektronische, Laser- und andere Geräte zur Beobachtung von Weltraumschrott arbeiten in diesem Spektrum. Gleichzeitig werden spezielle Algorithmen entwickelt, um die auf diesen Geräten empfangenen Informationen zu analysieren. Um einen Satz fragmentierter Daten zu kombinieren, werden komplexe mathematische Rechenmodelle verwendet, die ein relativ vollständiges Bild davon geben, was in einem bestimmten Beobachtungsgebiet passiert.
Trotz des Einsatzes von High-Tech-Überwachungsmethoden gibt es immer noch Probleme, kleine Partikel von nur wenigen Millimetern zu verfolgen. Solche Fragmente können zwar nur teilweise von Bordsensoren untersucht werden, aber das reicht nicht aus, um umfassende Informationen beispielsweise über die chemische Zusammensetzung des Objekts zu erh alten. Eine der Richtungen zur Überwachung solcher Partikel ist die sogenannte passive Messung. Nach diesem Prinzip wurden einst die zur Erde zurückgekehrten Komponenten der Raumstation Mir untersucht. Die Essenz dieser Technologie besteht darin, die Auswirkungen der untersuchten Partikel auf der Oberfläche der Apparatur im offenen Raum zu registrieren. In Labors wurden verschiedene Schadensarten analysiert, wodurch zusätzliche Informationen über Weltraumschrott gewonnen werden konnten. Heute arbeiten Kosmonautenteams auf diesem Forschungspfad direkt im Orbit und inspizieren die Oberflächen von in Betrieb befindlichen Raumfahrzeugen.
Trümmerverteilung im erdnahen Weltraum
Überwachung des Weltraums weist auf eine ungleichmäßige Verteilung von Trümmern verschiedener Art in Umlaufbahnen hin. Die größten Haufen werden im Bereich der niedrigen Umlaufbahnen beobachtet - insbesondere im Vergleich zu hohen Umlaufbahnen kann der Dichteunterschied tausendfach sein. Gleichzeitig besteht ein Zusammenhang zwischen der Clusterdichte und der Partikelgröße. Die räumliche Dichte mittelgroßer Trümmer ist in hohen Umlaufbahnen in der Regel geringer als in niedrigen Umlaufbahnen im Vergleich zu grobkörnigen Elementen.
Die Eigenschaften der Verteilung von Weltraumschrott um die Erde werden von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, darunter auch die Herkunftsmerkmale. Beispielsweise haben kleine Fragmente, die durch die Zerstörung von Teilen der Station oder Satelliten entstanden sind, instabile Geschwindigkeitsvektoren. Große Trümmer können aufgrund ihrer hohen Dynamik große Höhen von bis zu 20.000 km erreichen und sich auch im geostationären Ring ausbreiten. Auf der 2000-km-Ebene gibt es eine ungleichmäßige Verteilung, wobei die Punkte der Dichte insbesondere bei 1000 und 1500 km zunehmen. Übrigens ist die geostationäre Umlaufbahn am stärksten verstopft, und in ihrem Bereich wird eine hohe Tendenz zum Abdriften von Trümmern festgestellt.
Entwicklungstrends für Weltraumschrott
Weltraumwissenschaftler sind mehr besorgt über potenzielle als über aktuelle BedrohungenTrümmer in Erdumlaufbahnen. Derzeit deuten Studien auf eine Zunahme der Verschmutzungsrate um 4-5% pro Jahr hin. Darüber hinaus wurde die Rolle von Raumfahrzeugstarts im Hinblick auf das Wachstum der Population von Fremdkörpern in verschiedenen Umlaufbahnen noch nicht zuverlässig bewertet. Große Objekte können vorhergesagt werden, aber wie bereits erwähnt, erlauben uns die begrenzten Informationen über kleine Trümmer selbst im nahen Weltraum nicht, mit einem hohen Maß an Objektivität über die Eigenschaften von Massentrümmern zu sprechen. Trotzdem ziehen Wissenschaftler zwei eindeutige Schlussfolgerungen über kleine Trümmer:
- Das Volumen kleiner Teilchen, die durch Zerstörung entstehen, nimmt mit der Zahl der Kollisionen stetig zu. Sowohl unter Laborbedingungen als auch in theoretischen Studien wurde gezeigt, dass kleine Fragmente einen erheblichen Teil der Elemente ausmachen, die von Zerstörungsobjekten getrennt werden.
- Sehr kleine Partikel in Form der gleichen Stoßprodukte sind anfälliger für die negativen Auswirkungen äußerer Kräfte. Die Auswirkung der Degradation, wenn sich Trümmer über längere Zeit in aggressiven Bedingungen befinden, verringert die Wahrscheinlichkeit einer zuverlässigen Einschätzung der Zukunft solcher Ansammlungen.
Offensichtlich werden die Probleme beim Auffinden von Trümmern im Weltraum nur noch schlimmer, was die Annahme geeigneter Maßnahmen erfordert. Aber selbst bei einer vollständigen Einstellung weltraumbezogener Projekte wird die Erdumlaufbahn weiterhin durch die Kollision vorhandener Verschmutzungselemente mit natürlichen Partikeln verstopft werden. Durch Trägheit wird dieser Prozess für mindestens weitere 100 fortgesetztJahre.
Arten der Auswirkungen der Weltraumverschmutzung
Zu den gefährlichsten negativen Folgen des Einflusses von Weltraumschrott gehören:
- Ökologische Schäden für die Erde. Allein das Vorhandensein von technogenem Schutt im erdnahen Orbit bringt eine Veränderung des ökologischen Hintergrunds mit sich und verletzt die ursprüngliche Reinheit der Umwelt. Laut Astronomen-Beobachtern schreitet der Prozess der Verringerung der Transparenz des erdnahen Weltraums bereits voran, was auch das Vorhandensein von Störungen beim Betrieb von Funkgeräten erklärt. Direkt für die Erde kann man die Gefahr von herunterfallenden Komponenten mit Brennstoffmaterialien feststellen, die den Betrieb von Strahltriebwerken gewährleisten.
- Schutt fällt auf die Erde. Auch ohne radioaktive Wirkung kann der Fall von menschengemachtem Müll aus dem nahen Weltraum katastrophale Folgen haben. Bisher hatten die größten gelandeten Objekte eine Masse von nicht mehr als 100 Tonnen, was jedoch keine ernsthafte Bedrohung für den Planeten darstellte. Andererseits wird dieses Szenario mit zunehmender Intensität der Behinderung der Erdumlaufbahn immer düsterer.
- Raumkollisionsgefahr. Unterschätzen Sie nicht den Schaden von Weltraumschrott für die Ausrüstung, die zur Flugunterstützung verwendet wird. Die gleichen Auswirkungen von großen und kleinen Partikeln können zu erheblichen Störungen im Betrieb von Geräten führen, und große Unfälle gefährden die Aussichten für die Umsetzung teurer, ehrgeiziger Projekte.
Crash-SchadensbewertungssystemeMüll
Zunächst einmal wird die bereits etablierte Praxis der Analyse der Auswirkungen auf die Oberfläche von Raumfahrzeugen durch externe Untersuchung durch die Kosmonauten selbst angewendet. Wie oben erwähnt, können die Ergebnisse solcher Studien weiter verwendet werden, um die Eigenschaften von Müll zu bestimmen. Die genauesten analytischen Informationen liefern jedoch nur Labortests, bei denen die Zielmaterialien künstlich beeinflusst werden. Eine Imitation einer Kollision von Ausrüstung mit Trümmern im Weltraum wird durch Einschläge mit ultrahoher Geschwindigkeit realisiert. Außerdem werden die erh altenen Daten mittels Computer- und Digitalmodellierung mit einer Analyse der Schadenseigenschaften und der Mechanik des Aufpralls auf das Zielobjekt verarbeitet. Zu den Hauptindikatoren gehören Eigenschaften wie Festigkeit, Funktionserh alt, Überlebensfähigkeit einzelner Komponenten, Fragmentierungsgrad usw.
Bestimmung der Bedrohungsstufe durch Weltraumschrott
Sogar in der Entwurfsphase von Orbitalstationen und Weltraumkomplexen wird die Möglichkeit einer Kollision mit verschiedenen Arten von Trümmern berücksichtigt. Um die optimale Designzuverlässigkeit zu berechnen, werden Daten über die spezifische Umgebung verwendet, in der das Gerät verwendet wird. Gleichzeitig ist die Ungenauigkeit experimenteller und analytischer Methoden zur Bewertung von Bedrohungen nach wie vor ein erhebliches Problem. Trümmer im Weltraum können nur bis zu einem gewissen Grad von Annahmen untersucht werden, was es für Konstrukteure schwierig macht, Fahrzeuge richtig auf Hochgeschwindigkeitskollisionen vorzubereiten. FürFür eine ungefähre Bedrohungsabschätzung wird das Konzept allgemeiner Ströme von Weltraumschrott verwendet, die möglicherweise auf dem Weg des Raumfahrzeugs angetroffen werden können. Weitere Daten zur Flussdichte, Geschwindigkeit, Anstellwinkel und Anzahl der zu erwartenden Einschläge werden angezeigt.
Möglichkeiten, Bedrohungen durch Trümmer im Weltraum zu reduzieren
Die relativ geringe Überwachung und Charakterisierung von Weltraumschrott mit seiner Vorhersage ist nur ein Teil des Problems. In der gegenwärtigen Phase sind Spezialisten mit einer Reihe von Problemen konfrontiert, die sich auf die Verringerung der Risiken der negativen Auswirkungen von künstlichem Abfall im Weltraum beziehen. Heute werden zwei Richtungen in Betracht gezogen, um dieses Problem zu lösen. Erstens ist dies eine allgemeine Reduzierung der Flüge sowie die Minimierung technologischer Prozesse, die zu einer Verstopfung der Umlaufbahnen auf verschiedenen Ebenen führen. Zweitens können wir über die strukturelle Optimierung von Fahrzeugen mit der Reduzierung von Teilen sprechen, die potenziell zu Weltraumschrott werden könnten. Besondere Aufmerksamkeit wird heute in Weltraumkontrollsystemen der Kontamination mit radioaktiven Substanzen gewidmet. Dies betrifft die Minimierung von Motorabgasen bis hin zum Übergang zu grundlegend neuen Kraftstoffressourcen.
Aussichten für den Kampf gegen Trümmer im nahen Weltraum
Die aktive Arbeit an der Regulierung der Weltraumaktivitäten auf globaler Ebene stimmt optimistisch, die Entwicklung der Situation in der Zukunft einzuschätzen. Der sorgfältige Umgang mit der Sauberkeit der Orbitalumgebung ist in den Konzepten der strategischen Programme der größten Staaten enth alten, die dazu beitragender größte Beitrag zur Bekämpfung von Trümmern im All. Das Reinigen und Entfernen von kleinen und großen Partikeln in Polygonumlaufbahnen ist einer der Schlüsselbereiche bei der Reinigung des Weltraums von menschengemachter Verschmutzung, aber es gibt noch keine wirksamen Methoden zur Umsetzung dieses Konzepts. Dies ist eine technologisch schwierige Aufgabe, daher liegt der Schwerpunkt derzeit noch auf der Optimierung menschlicher Aktivitäten im Weltraum.
Schlussfolgerung
Eine der radikalsten Möglichkeiten zur Lösung von Weltraumschrottproblemen besteht darin, den Start von Orbitalstationen und Satelliten vollständig einzustellen, bis neue und erschwinglichere Mittel zur Reinigung der erdnahen Umgebung auftauchen. Diese Richtung ist aber auch aus wirtschaftlichen und technologischen Gründen utopisch. Dennoch gibt es Voraussetzungen, um die Situation zum Besseren zu verändern. Auch wenn Sie mehrere Jahrzehnte zurückblicken, können Sie grundlegende Veränderungen in der Einstellung der Person selbst zu diesem Problem feststellen. Wenn also während des Betriebs der Raumstation Mir die übliche Praxis die direkte Freisetzung der Abfallprodukte der Besatzung war, dann ist dies heute nicht mehr vorstellbar. Immer strengere Regeln werden eingeführt, um die Prozesse des Seins im Weltraum zu regulieren. Dies wird auch durch internationale Konventionen belegt, nach denen die an Weltraumaktivitäten teilnehmenden Länder verpflichtet sind, die Grundsätze zur Verringerung der negativen Auswirkungen auf die ökologische Situation in der erdnahen Umgebung einzuh alten.
