Мусор преграждает путь в космос

Атмосферный слой орбитального мусора — высоты ниже 200 км — завершает существование большинства техногенных и природных объектов ОКП. Здесь они сильно тормозятся плотной атмосферой, некоторые сгорают, другие долетают до поверхности Земли или водных объектов.

Таким образом, область активной орбитальной ракетно-космической деятельности — это высоты над поверхностью Земли от 200 км до 36 000 км (см. схему Рис. 2.1.). Сама орбитальная ракетно— космическая деятельность (ОРКД) может быть определена как деятельность, связанная с процессами доставки и использования летательных аппаратов в околоземном космическом пространстве и в Космосе.

На высотах 800-1000 км долгое время располагалась основная масса спутников с ядерными энергетическими устройствами на борту, поскольку здесь они могут существовать многие сотни лет до полного исчезновения продуктов ядерного распада.

В состав и структуру техногенного орбитального мусора входят также продукты экспериментов в космосе, попадающие после разрушения исследовательских объектов на орбиты и в конечном счёте падающие на Землю. Продукты распада вещества космических ядерных реакторов, продукты технологических и биологических экспериментов, большое число частиц окиси алюминия, попадающих в космос и верхнюю атмосферу в результате работы реактивных двигателей, остатки ракетного топлива, окислителя и т. д. [14] также пополняют собой техногенный орбитальный мусор.

Кроме того, процессы газовыделения и сублимации материалов в разреженной атмосфере полётов приводят к образованию около КА облака собственной внешней атмосферы. В её состав входят твёрдые частицы, отрывающиеся от поверхности аппарата, продукты выхлопа двигателей, газы и твёрдые частицы, попадающие в околоземное космическое пространство из внутренних отсеков КА за счёт утечек, при шлюзовании и т. д. [15].

Космический летательный аппарат оказывается окружённым локальным облаком продуктов собственных выделений. Особенно плотное облако возникает около пилотируемых объектов, так как процессы жизнедеятельности космонавтов его постоянно пополняют. Плотность собственной внешней атмосферы КА оказывается заметно выше окружающей среды — величины порядка 10 ⁸– 10"¹⁰ кг/м³, тогда как плотность атмосферы Земли на высотах пилотируемых полетов ~10¹² кг/м³.

Каждая из фракций антропогенного загрязнения распространяется в ОКП под действием различных процессов. Крупные фрагменты и осколки космического мусора разлетаются в ОКП по различным орбитам, создавая вокруг Земли искусственный пояс, который может существовать длительное время. Его вещество испытывает вековые возмущения вследствие аэродинамического сопротивления разреженной атмосферы, плазмы магнитосферы и солнечного ветра. Одним из существенных факторов эволюции этого пояса являются взрывы пассивных или действующих ИСЗ и их столкновения с другими ИСЗ или с орбитальным мусором. Динамика их движения описывается кеплеровскими уравнениями движения с учётом сопротивления среды и взаимных столкновений. Постепенно часть осколков, находящихся на низких орбитах, теряет высоту и сгорает в атмосфере. Наиболее крупные фрагменты могут выпасть на поверхность Земли.

Микрочастицы, образуемые в ОКП в результате взрывов, выбросов двигателей ракет-носителей, распространяются в виде некоторого относительно быстро рассеивающегося облака. На высотах 200–500 км облака таких частиц с размерами от долей микрона до сотен микронов находятся на орбите от нескольких часов до нескольких суток. Эволюция микрочастиц во многом носит статистический характер, учитывая их более высшую числовую плотность и, соответственно, более высокие вероятности взаимных столкновений. Уход их с орбиты и рассеивание в пространстве вызывается значительным атмосферным торможением.

В конечном итоге микрочастицы также попадают в плотные слои атмосферы и тормозятся. Часть из них пополняет пылевую фракцию на высотах мезосферы, другие опускаются в более низкие слои.

Следует иметь в виду, что в околоземном пространстве присутствуют не только антропогенные объекты, но и природные. Тела природного происхождения — кометы, астероиды, метеорные потоки, межпланетная пыль, потоки заряженных частиц солнечного и галактического происхождения — составляют постоянный естественный фон околоземного пространства.

Что касается техногенной составляющей экскретов в ОКП, то она представлена мусорными, отходными и отбросными объектами, концентрации которых существенно различны для разных областей и слоёв ОКП. Пространственные распределения экскретных мусорных объектов по наклонениям плоскостей их орбит к плоскости экватора Земли, а также их распределение по географической широте для фрагментов тел с диаметром > 10 см представлены на графиках рис. 2.2. и рис. 2.3.

Рис. 2.2. Пространственное распределение орбитальных мусорных экскретов

Рис. 2.3. Распределение орбитальных мусорных экскретов по высотам и наклонениям орбит

Из этих графиков видно, что относительно крупные мусорные экскреты сосредоточены в области ОКП на высотах от 200 км до 1000 км с наклонениями плоскостей орбит к плоскости экватора Земли от 60 до 90 градусов и с географическими широтами от 50 до 86 градусов.

В общем случае в понятие «Орбитально-космические мусорные экскреты» включены следующие объекты (смотри приведённую ниже Схему):

— Орбитальный техногенный мусор;

— Орбитальный космический мусор;

— Орбитальные отбросы;

— Орбитальные отходы,

— Газообразные выбросы.

Из этой схемы видно, что экскреты, появляющиеся в ОКП, связаны как с техногенными вмешательствами, так и с природными — из космического пространства.

Схема состава орбитально-космических мусорных экскретов

Дадим краткое определение этих экскретов.

Орбитально-космический мусор — объекты внеземного происхождения, появляющиеся в околоземном пространстве Земли под действием гравитации планеты, захламляющие ОКП, нарушающие работу ракетно-космической техники и жизнь биогеоценозов.

Орбитальные потенциально-сырьевые отходы — потерявшие работоспособность летательные аппараты ракетно-космической техники и их фрагменты, которые могут быть использованы в качестве сырья.

Орбитальные отбросы — продукты жизнедеятельности космонавтов в околоземном космическом пространстве.

Газообразные выбросы — газообразное «облако» продуктов, выделившихся из конструкции ЛА, возникших при выхлопе двигателей, а также просочившихся из отсеков КА. Несмотря на то, что плотность газообразной «оболочки» спутников в сотни раз превосходит плотность окружающей среды в ОКП, эти экскреты практически не влияют на орбитальное движение летательных аппаратов и поэтому они не рассматриваются в нашей книге.

Орбитальный техногенный мусор — не имеющие ценности обломки летательных аппаратов ракетно-космической техники, а также вспомогательных приборов или механизмов, их разрушенные детали и фрагменты, находящиеся в ОКП на орбитах захоронения и на входе в плотные слои атмосферы (ниже «200 км). К орбитальному техногенному мусору причисляют обломки, фрагменты и частицы объектов техногенного происхождения, которые возникают при взрывных и столкновительных авариях в ОКП. Такой орбитальный мусор может появиться в любом месте ОКП и приземной атмосферы.