Что надо знать о мусорных экскретах

Техногенные мусорные экскреты в околоземном космическом пространстве представлены орбитальным техногенным мусором, орбитальными отходами и орбитальными отбросами (смотри схему раздела 2.2.). Эти экскреты в последние годы из-за активной ракетно-космической деятельности человечества захламили ОКП до угрожающих масштабов.

С начала освоения околоземного космического пространства и Космоса прошло менее полувека, и человечество за столь короткий срок произвело десятки тысяч запусков ракет-носителей, разместило в этом пространстве несколько тысяч спутников, космических станций и вспомогательных механизмов и устройств. В ОКП по космическим меркам стало тесно.

Ситуация осложнилась из-за аварий и инцидентов, всё чаще происходящих на орбитах и порождающих «неземной мусор». Ближние и дальние окрестности нашей планеты постепенно превратились в свалку мусорных экскретов. Конечно, если сравнивать с земными свалками, то орбитального мусора, отходов и отбросов ничтожно мало. Их масса на низких околоземных орбитах составляет всего около 5-ти тысяч тонн, но и они представляют нешуточную угрозу для человечества. И угроза эта с каждым годом растёт, а эффективных решений проблемы пока не предложено.

Орбитальные отбросы, представляющие собой выброшенные в ОКП продукты жизнедеятельности космонавтов, из-за относительно малой их доли в общем орбитальном хламе можно исключить из опасных экскретных факторов. Однако орбитальные отходы и орбитальный техногенный мусор создали кризис ракетно-технической деятельности.

Напомним, что представляют собой эти экскреты. Орбитальные отходы — это вышедшие из строя, однако оставшиеся на орбите спутники, космические станции, верхние ступени ракет-носителей, а также крупные неповреждённые фрагменты этих объектов, порождённые авариями в ОКП. На их изготовление и доставку на орбиту истрачены огромные материальные ресурсы, и они даже после потери работоспособности представляют значительную сырьевую ценность.

Орбитальный техногенный мусор включает в себя малоценные или повреждённые в авариях объекты РКТ и их фрагменты, включая разгонные блоки ракет-носителей, сброшенные топливные баки, фрагменты разрушенных космических объектов, а также пружины, болты, гайки, заглушки и тому подобная «мелочь». Например, рабочая перчатка или отвёртка, упущенные астронавтами при ремонте орбитальной космической станции.

После завершения работы КА или после аварии на нём объекты техногенного орбитального мусора самостоятельно «покоряют» космические просторы со скоростями в десятки тысяч километров в час. Эти объекты не имеют никакой потребительской ценности и поэтому считаются мусорными.

По оценкам специалистов, сегодня в околоземном космическом пространстве находится свыше 200-т тысяч объектов размером более одного сантиметра и свыше 330-ти миллионов объектов размером более одного миллиметра. Из-за них любая космическая миссия связана с немалым риском [38]….

Особая опасность орбитальных экскретов связана с тем, что они перемещаются в пространстве с огромными относительными скоростями. В ОКП скорости столкновений объектов ~ 10 ÷15 километров в секунду, это десятки тысяч километров в час. Поэтому даже частица, линейные размеры которой составляют лишь 1 сантиметр, может серьёзно повредить космический аппарат. Такая частица обычно летит со скоростью как минимум в 20 раз быстрее пули.

Обычный спутник (например, спутник связи) используется от пяти до десяти лет, за это время он технологически устаревает, и ему на смену запускают новый. Сегодня абсолютное большинство спутников в ОКП могут быть отнесены к экскретам орбитальных отходов. Этот металлолом способен засорять орбитальное пространство веками, поскольку время его баллистического существования на столь удалённом от Земли расстоянии очень велико. На геостационарной орбите оно теоретически может достигать тысяч или миллионов лет, на низких околоземных орбитах составляет от сотен до нескольких тысяч лет.

По расчётам специалистов, при такой тесноте на геостационарной орбите высока вероятность возникновения так называемого «каскадного эффекта», то есть цепи последовательных столкновений, способных привести не только к разрушению действующих космических аппаратов, но и к образованию огромного количества мелкого мусора. Чтобы предотвратить «перенаселённость» геостационарной орбиты, ООН объявила её «ограниченным природным ресурсом», и теперь места там «выдаются» строго по заявкам.

Для решения этой проблемы на международном уровне было предложено уводить вышедшие из строя спутники на так называемую «орбиту захоронения», расположенную на 200 ÷300 километров выше рабочей орбиты. Конечно, со временем и она окажется заполненной, но на сегодня это единственный выход из создавшегося затруднительного положения.

Проблема очистки орбит от орбитального мусора и отходов в том, что для транспортировки спутника на «орбиту захоронения» нужно дополнительное горючее, а доставка каждого лишнего килограмма груза в ОКП обходится в десятки тысяч долларов. Никто не хочет нести эти дополнительные расходы. Поэтому сегодня лишь треть отслуживших свой срок спутников уводятся на «орбиту захоронения», весь прочий «металлолом» остаётся на геостационарной орбите, угрожая безопасности исправных спутников.

Важная проблема состоит в возможном нарушении физико-химического баланса верхней атмосферы, этой тонко сбалансированной среды. Она характеризуется резким падением плотности с высотой, сложным изменением температуры и химического состава, различными вариациями всех параметров в зависимости от времени суток, широты, уровня солнечной активности. После каждого запуска в результате работы двигателей в верхнюю атмосферу выбрасывается огромное количество химически активных веществ. Водорода и его соединений, например, может быть выброшено столько же, сколько его содержится во всей верхней атмосфере. С активных спутников в атмосферу и в ОКП постоянно инжектируются различные газы. Молекулы истекающих газов из-за большой скорости аппаратов имеют значительную кинетическую энергию, что резко увеличивает их химическую активность.

Атмосфера нашей планеты способствует очищению низких орбит, вызывая медленное торможение объектов и постепенное возвращение их в атмосферу, где они сгорают. Однако из-за техногенных вмешательств в ОКП очищающие свойства атмосферы могут претерпеть заметные изменения, и экологическая безопасность ракетно-космической деятельности не будет обеспечена.

Приведём выдержку из Национального стандарта РФ по экологической безопасности ракетно-космической техники [29 ]: « Экологическая безопасность изделий РКТ должна обеспечиваться их конструкцией, технологией их изготовления и эксплуатацией, использованием наиболее экологически чистых конструкционных и расходных материалов, ракетных топлив, а также применением необходимых организационно-технических мероприятий, направленных на выполнение требований по экологической безопасности изделий РКТ». Заметим, что этот стандарт в настоящее время носит декларативный характер и по разным причинам не может выполняться в полном объёме. Поэтому ракетно-техническая деятельность наносит заметный урон биосфере планеты.

Возможные вредные воздействия факторов изделий РКТ на окружающую среду приведены в Таблице 3.3.1 [29].