Экология космоса

                                             Космический мусор

Одной из главных проблем мировой космонавтики становится загрязнение околоземного пространства фрагментами космических аппаратов. За полвека космической эры на околоземных орбитах скопилось немало мусора, несколько тысяч тонн. Это - "отходы" совокупной космической деятельности человечества. Согласно данным очередного отчета НАСА, за первый квартал 2009 года количество мусора на околоземной орбите серьезно увеличилось: число объектов искусственного происхождения, отслеживаемых специалистами, выросло с 12743 до 13897 единиц. Количество частиц космического мусора размером от 1 до 10 см составляет свыше 200000, а число частиц меньше 1 см превышает десятки миллионов. Каждая мусоринка представляет опасность для работы космических аппаратов. Средняя скорость взаимных сближений на низких орбитах Земли - около 10 км в секунду, так что маленькая "граммулька" мусора ударяет с энергией хорошей гранаты. Не однажды летящие с огромной скоростью мусорные кучи вносили коррективы в график орбитальных работ и запуск космических кораблей.

Появилось абсолютно новое понятие - космический мусор. Оно объединяет спутники, исчерпавшие свои энергетические ресурсы, верхние ступени ракет-носителей, различные детали, сопутствующие запуску, и многое другое, что уже никогда не принесет никакой пользы человечеству, но вполне может остаться практически навечно в околоземном пространстве. За 43 года космической деятельности человека на разные околоземные орбиты и в далекий космос было запущено более 20 тыс. объектов общей массой свыше 3 тыс. т. Наблюдаемое распределение космического мусора в околоземном пространстве показано на рис. 1.

Рис. 1. Увеличение содержания мусора в околоземном космическом пространстве

1 - общее число объектов, включая не занесенные в официальные каталоги;
2 - общее число объектов, занесенных в каталоги;
3 - фрагменты космического мусора;
4 - космические аппараты;
5 - верхние ступени ракет;
6 - эксплуатационный мусор

(Технический доклад о космическом мусоре, подготовленный научно-техническим подкомитетом Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях. Нью-Йорк, 1999)

Раньше всех на проблему антропогенного загрязнения околоземного космоса обратило внимание Национальное космическое агентство США (НАСА) и отнеслось к ней очень серьезно. Система контроля космического пространства в США обеспечивает информацией правительственные и иные учреждения, что позволяет этой системе активно развиваться и совершенствоваться, оснащаться большими оптическими телескопами. К примеру, комплекс наблюдения за космосом на острове Мауи (Гавайи) имеет телескопы, диаметры зеркал которых 1.2 и 1.6 м, с проницающей способностью до 18-й звездной величины.

На заре космической эры неисправные детали было принято просто выбрасывать за борт, а пустые топливные баки ракет-носителей – взрывать. Но после того как в 1996-м году французский разведывательный спутник «CERISE» вышел из строя, столкнувшись с осколком топливного бака французской же ракеты-носителя «Ариан-5», космические державы заключили договор, запрещающий взрывать топливные баки и ступени ракет-носителей. Гораздо проще следить за одним крупным объектом, чем за сотнями мелких частиц и фрагментов.

               Аварии возникают и из-за «перенаселённости» некоторых орбит. В космосе нет межгосударственных границ, поэтому долгое время космические державы размещали свои спутники там, где считали нужным. В результате ёмкость так называемых «удобных» орбит уже сегодня практически исчерпана. На низких околоземных орбитах, то есть на высотах до двух тысяч километров, сегодня находятся несколько сотен активных и более двух с половиной тысяч уже не действующих спутников, и численность этой флотилии стремительно растёт. Ещё хуже обстоят дела на геостационарной орбите, расположенной на высоте около 36-ти тысяч километров. Её главное достоинство в том, что находящиеся на ней спутники неподвижны относительно Земли. Это позволяет вести с них наблюдение и обеспечивать надёжную связь на территории, превышающей 90 процентов земной поверхности.

Отчет НАСА выделил основных загрязнителей космоса. На первом месте - Россия (совместно со странами СНГ), которой принадлежит свыше 5000 аппаратов и различных обломков. США заняли второе место (4550 объектов). Тройку лидеров замыкает Китай. Прирост космического хлама является самым серьезным за последние два года. По мнению американских специалистов, его причиной стало февральское столкновение российского и американского спутников связи "Космос-2251" и "Iridium-33", после которого осталось множество обломков. Количество же частиц космического мусора размером от 1 до 10 см составляет свыше 200000, а число частиц меньше 1 см превышает десятки миллионов.

Космический мусор сконцентрирован в основном на высотах от 850 до 1500 км над поверхностью Земли, но много его и на высотах полета космических кораблей и Международной космической станции (МКС). В августе прошлого года Центр управления полетами провел маневр уклонения МКС от столкновения с фрагментом космического мусора, а в октябре отложил коррекцию орбиты станции из-за опасности нового столкновения.

Чтобы представить, какую опасность представляет мусор для космических кораблей и их пилотов, приведем такие данные. Бронебойная пуля без взрывчатки имеет диаметр 1,2 сантиметра и длину 10 сантиметров и движется со скоростью до 1,5 километров в секунду. Аналогичные по размерам орбитальные частицы искусственного происхождения могут столкнуться со станцией на скорости до 15 километров в секунду, и это учитывая, что ее обшивка отнюдь не бронированная.

Эволюция "мусорного" окружения Земли не может быть точно предсказана из-за постоянно растущего числа пользователей (включая коммерческие запуски), появления новых технологий запусков малых спутников и "созвездий" коммуникационных спутников (типа "Иридиум"), наконец, неопределенности будущих взрывов и столкновений всех этих объектов на орбитах. Число и размеры фрагментов, возникающих в результате столкновения двух объектов, зависят от разных факторов: массы сталкивающихся объектов, их скорости и проч.

Из-за огромного количества находящихся в околоземном пространстве частиц различного происхождения не может быть и речи об их полном и постоянном отслеживании. Поэтому актуальными направлениями дальнейшего исследования загрязнения околоземного пространства являются:

• совершенствование методики моделирования мелких фрагментов космического мусора на основе специальных экспериментов и согласования параметров моделей с экспериментальными данными;

• изучение общих закономерностей процесса миграции вещества в Солнечной системе, источников пополнения семейства объектов, сближающихся с Землей, выявление и каталогизация таких объектов;

• проведение наблюдений представительных выборок объектов искусственного и естественного происхождения, населяющих околоземное пространство, уделяя особое внимание исследованию взорвавшихся объектов;

• осуществление по фотометрическим данным выборочного контроля за отдельными объектами.

Поскольку проблема «космического мусора» затрагивает интересы всех стран, участвующих в освоении космоса, ее решение нуждается в международной правовой основе и тесном сотрудничестве. Для принятия соглашений в этой области важно, чтобы актуальность проблемы признало все мировое сообщество. При достигнутом уровне засорения околоземных орбит нельзя допускать дальнейшего неконтролируемого развития ситуации.

Мониторинг околоземного космического пространства

              Сегодня экспериментальная экология околоземного пространства делает свои первые шаги, она, безусловно, будет развиваться дальше в связи с ее огромным значением для изучения и прогноза антропогенных явлений в околоземном пространстве, для определения “экологических границ” исследовательской и производственной деятельности в околоземной среде.        Ближайшее будущее позволит уточнить предмет, методологию и принципы экспериментальной экологии околоземного пространства.

Рассматривая околоземное космическое пространство” как часть окружающей природной среды, целесообразно распространить на экологию этого пространства основные представления и концепции, которые были развиты в экологии биосферы. В основе экологии природной среды лежат наблюдения и контроль, или, как принято называть, мониторинг антропогенных изменений состояния окружающей среды .

Согласно представлениям о мониторинге природной среды, развитым в работе , важнейшими задачами мониторинга являются наблюдение и контроль состояния природной среды с помощью существующих геофизических служб; оценка качества природной среды с помощью системы разработанных критериев антропогенных воздействий и выработка приоритетов для принятия эколого-экономических и социальных мер с целью обеспечения рационального природопользования; разработка научно обоснованного прогноза антропогенных воздействий на окружающую среду.

Мониторинг базируется на системе наблюдений и контроля природной среды. Для контроля загрязнении в нашей стране создана и функционирует Общегосударственная система наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды (ОГСНК).

Все возрастающую роль в комплексном мониторинге природной среды играют дистанционные методы исследований, наблюдения и контроля с использованием космической техники.

В рамках космического мониторинга проводятся наблюдения и контроль загрязнений и антропогенных воздействий на биосферу, для чего используются снимки, получаемые на борту орбитальных станций, и данные дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы Земли с борта различных космических аппаратов . Космический мониторинг обладает рядом важных преимуществ по сравнению с другими методами наблюдения и контроля загрязнений природной среды, обеспечивая высокий уровень обобщения данных по загрязнению среды, глобальный охват антропогенных эффектов, оперативность получения информации по экологической ситуации в различных областях земного шара. Космический мониторинг существенно дополняет наземные, самолетные и корабельные средства наблюдений и контроля природной среды и позволяет объединить данные о состоянии окружающей среды на основе информации, полученной из космоса.

Возвращаясь к проблемам экологии околоземного космического пространства, отметим, что целесообразно для обозначения всего круга вопросов, связанных с контролем только антропогенных воздействий, использовать термин "мониторинг" околоземного космического пространства. Этим подчеркивается отличие этого термина от определения космического мониторинга, смысл и назначение которого пояснены выше. По аналогии с рассмотренными ранее проблемами мониторинга биосферы задачи мониторинга околоземного космического пространства можно определить следующим образом: наблюдение и контроль изменений состояния околоземного пространства в результате антропогенных воздействий; выработка критериев антропогенных воздействий на это пространство и методов оценки качества состояния околоземной среды как части природной среды, разработка прогноза возможных последствий возрастающей антропогенной "нагрузки" на околоземное космическое пространство.

Мониторинг околоземного космического пространства должен основываться на проведении регулярных измерений и наблюдений наиболее важных параметров, характеризующих "качество" околоземной космической среды и ее изменения в результате антропогенных воздействий. При этом сразу возникает вопрос: какие параметры надо измерять и с какими требованиями к пространственной и временной частоте измерений? Ведь контроль антропогенных факторов и явлений в околоземном космическом пространстве затруднен из-за значительной естественной изменчивости среды, неопределенности и многообразия источников и факторов естественного и антропогенного происхождения, влияющих на околоземное пространство.

При этом необходимо решить комплекс проблем, связанных с разработкой методик и технических средств контроля, подготовкой и организацией систем наблюдений и измерений. Основой контроля околоземной космической среды должны стать прямые и дистанционные измерения параметров околоземного космического пространства с использованием аппаратуры, установленной на космических аппаратах, поскольку только космические средства наблюдений могут обеспечить глобальный и оперативный контроль состояния околоземной среды в естественных условиях и при антропогенных воздействиях.

С использованием критериев антропогенных воздействий можно будет определить возможные диапазоны антропогенных изменений параметров околоземного пространства. Совокупность этих критериев, применяемых для определения “качества” околоземной среды как части природной среды, вместе с данными прогноза антропогенных воздействий на околоземное космическое пространство явится основой для экологоэкономических оценок.

Заключение

Рассмотренные выше различные антропогенные воздействия на околоземное космическое пространство изучены к настоящему времени далеко не полностью, а их степень опасности с точки зрения воздействия на биосферу и возможного изменения характеристик околоземной космической среды существенно различны.

Наиболее изученной к настоящему времени является проблема космического мусора. От успешного решения этой проблемы зависит возможность дальнейшего развития космической деятельности человечества.

Дополнительные теоретические и экспериментальные исследования необходимы для понимания механизмов образования озонных дыр.

Следует указать, что уже сейчас уделяется очень большое внимание обеспечению "экологической чистоты" ракетно-космической техники .

Относительно электромагнитного загрязнения околоземного космического пространства можно отметить, что оно не представляет пока значительной угрозы как для состояния биосферы, так и для состояния самой околоземной среды.