Лекция "Космический мусор: откуда берется и почему никуда не улетает?"

Анонс лекции.

Космический мусор: откуда берется и почему никуда не улетает?

Мы расскажем вам о самом безлюдном пространстве - о космосе. А еще о проблеме, которая вышла за пределы планеты. Для вас мы раскроем все секреты космических путешествий – из чего делают упаковку космической еды и кто разнимает дерущиеся спутники.

Что вы узнаете:

- какие объекты есть вокруг нашей планеты и как они туда попали?

- откуда берется в космосе мусор, если там никто не живет?

- почему мусор из космоса до сих пор не упал нам на голову?

- Reduce.Reuse.Recycle. что из этого применимо в околоземном пространстве?

Мы с вами рассмотрим самые популярные заблуждения и развенчаем парочку мифов из серии:

"Кладбище космических кораблей: факт или выдумка?"

"Можно взять весь мусор с Земли и отправить в далекую-далекую галактику"

«Скоро вокруг земли будет столько спутников и космического мусора, что нельзя будет запустить новый спутник или улететь с Земли на ракете»

«Правда ли, что любую наземную войну можно выиграть, сбив один спутник».

А также разберем интересные факты:

1)      летящая по орбите МКС жвачка может пробить оболочку станции и погубить весь экипаж.

2)      за все время существования МКС ни одного грамма мусора не вернулось на Землю

3)      большая часть "космического" мусора даже не попадает в космос. Это отстыкованные ступени, остатки топлива и расходные элементы.

Самые усидчивые дождутся обсуждения " А что я могу сделать, чтобы не захламлять космос"

С нетерпением ждем вас, а еще больше - ваши вопросы и идеи=)

О ведущем:

Анна Ложкина, выпускник МГТУ им. Баумана по специальности «моделирование космических комплексов», репетитор по математике и физике, а также ведущая мастер-классов по домашнему огородничеству.

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Лекция

Здравствуйте дорогие друзья. Я начну свой рассказ с тех вещей, о которых нужно не забыть упомянуть.

Во-первых, меня зовут Анна =)

Во-вторых, мы собрались здесь немножко поболтать о вечном. О космосе и о мусоре.

А теперь по порядку, по анонсу нашей лекции.

1)      Какие объекты есть вокруг нашей планеты и как они туда попали.

Для начала где? Есть низкая околоземная орбита (НОО, от 160 до 2000 км) и мы сами туда поназапускали много всего. И аппараты дзз, и связи, телевизионные и МКС.

Еще есть орбиты с разным названием и высотой, расскажу про геостационарные. Это 36 тысяч км над поверхностью планеты, и там «зависают» те аппараты, с которыми надо долго и о многом поговорить. Спутники связи, в общем.

2)      Вы заметили, что, кроме металлических коробочек, я не упомянула никого живого? То есть и мусорить некому? Теперь мне интересно, а кто мусорит на поверхности планеты? (….люди! человеки!) Да, вот в космосе они же. Возвращаемся к объектам, летающим вокруг  нас.

Часть всего сломалась, но вы не волнуйтесь. С НОО любой крупный объект легко спускается и быстро оказывается в атмосфере, там сгорает и нам на голову даже пепла не попадет (это уже ответ на третий вопрос нашей повестки дня).

А как же малюсенькие кусочки?

ФАКТ ПЕРВЫЙ: летящая по орбите МКС жвачка может пробить оболочку станции и погубить весь экипаж.

Для понимания этого факта приведем справку из Википедии:

«При соударении объектов размером более нескольких сантиметров, движущихся с орбитальными скоростями под углом друг к другу, происходит их значительное разрушение. Начиная с 2000-х — 2010-х годов спутников и космического мусора, согласно отдельным моделям, на НОО стало достаточно, чтобы столкновение между различными объектами порождало множество осколков, еще больше засоряя эту область (Принцип домино или цепная реакция). Подобный эффект роста количества мусора называется синдромом Кесслера и он потенциально может привести в будущем к полной невозможности использования космического пространства при запусках с Земли.

Несколько организаций США, России отслеживают орбиты более 15 тысяч объектов на НОО. При этом обычно надежно отслеживаются лишь космические аппараты и фрагменты мусора крупнее 10 см.  Объекты с размерами от 1 до 10 см практически не отслеживаются, однако представляют опасность для космических аппаратов. Имеется возможность защиты спутников от негативных последствий столкновения с меньшими объектами».

Вот мы и разобрались с одним из мифов:

«Скоро вокруг Земли будет столько спутников и космического мусора, что нельзя будет запустить новый спутник или улететь с Земли на ракете» - ЭТО НЕ МИФ.

То есть уже сейчас на низких орбитах беда бедовая, даже работающие полезные аппараты толкают друг друга и ломаются и никто не в силах разнять их в случае драки.

А как дела высоко-высоко, там, на геостационаре? Ну это же оооооооочень далеко, неужели места не хватает разлететься в разные стороны! А вот и не хватает. Чтобы аппарат мог выполнять свою задачу, он должен находиться точно там, где его ждут и точно тогда, когда его ждут. Представьте, что там, на высоте 36 тысяч км, спутники не летят, а едут друг за другом по одним и тем же рельсам. Как поезда на кольцевой. И пустить два аппарата параллельно по одному пути не выйдет, если какой-то сломается, то его нужно побыстрее убрать с дороги. Вот тут ключевое слово «побыстрее». Оттуда, с 36 тысяч км, аппарату падать и падать. И падать. Поэтому его задвигают еще дальше, за 40 тысяч км, оттуда точно не упадет. Он там будет вечно (то есть несколько десятков или сотен лет, но мы уже умрем).

Поэтому

"Кладбище космических кораблей: факт или выдумка?" – ЭТО НЕ МИФ.

С одной лишь поправкой. За геостационаром находится орбита захоронения, где летают умершие СПУТНИКИ, это не корабли. А корабли, те, на которых летали люди, все возвращают на Землю и  раздаются по музеям и научным центрам. Другая категория кораблей, транспортные, почти полностью сгорают в атмосфере или топятся в Тихом океане.

Кто уже заметил классный способ утилизации из всего вышерассказанного?

(топить в океане, запустить подальше, жечь в атмосфере…)

Совершенно верно и правильно, жечь в атмосфере. Полностью безотходный  метод! Да а почему бы не сжечь там всё? Сначала посмотрим, как это работает. Летит себе такой отстыкованный разгонный блок (огромный бак, из него торчит воронка), долетает оттуда  из космоса до нашей атмосферы ( тыкаем пальцем на картинку), а она такая плотная и шершавая, что бак трется и разогревается. Да так сильно, что его поверхность начинает испаряться, он разваливается на куски. Куски тоже летят, трутся, греются и разваливаются. В общем, все превращается в пыль и рассеивается в атмосфере. Разве что ооочень большие и прочные куски долетают до нас. В 2001 году долетел кусок от станции МИР. И плюхнулся в океан. Все живы.

Разберем ФАКТ  ВТОРОЙ: за все время существования МКС ни одного грамма мусора не вернулось на Землю.

Все фантики, баночки, коробочки, старые пижамы и кхе-кхе высушенные отходы жизнедеятельности грузятся в транспортный корабль (тот, который только что привез новые баночки, коробочки, пижамы и, конечно же, научное оборудование), корабль летит к Земле и весело горит в атмосфере.

Да, наш с вами воздух загрязняется и захламляется маленькими частицами пепла, пыли, другими продуктами горения. Но не так сильно. Больше бы  аппаратов жгли – больше бы было загрязнение. Но больше жечь невозможно.

Почему??? Потому что старый спутник нужно сначала притащить к месту утилизации. С НОО аппараты рано или поздно сами спустятся. С геостационара – никогда. Чем больше масса куска космического хлама, тем быстрее этот хлам спустится с орбиты. Чем массивнее летящий мусор, тем сложнее изменить его траекторию. Поэтому направить на упорядоченное горение в атмосфере тысячи мелких кусочков, летящих в 500 разных сторон со скоростями гоночных болидов, невозможно.

С вопросами образования мусора там и падения его оттуда разобрались. Какие еще есть варианты? Запустить мусор отсюда туда. Ведь если запустить далеко, то он сможет болтаться вокруг планеты вечно и нам не навредит. Ответ прост:

Доставка 1 кг полезного груза ( читай – 1 обеда для 1 космонавта) на орбиту МКС обходится в 5-7 тысяч долларов. Ну вот у вас есть столько денег? А мусора-то вон сколько….Не вариант.

Тем более, что

ФАКТ ТРЕТИЙ: большая часть "космического" мусора даже не попадает в космос. Это отстыкованные ступени, остатки топлива и расходные элементы.

Так происходит потому, что вся эта тяжесть, все вспомогательные детальки и конструкции просто не долетают наверх, они там не нужны. Чем меньше всего улетит наверх, тем дешевле. Или так: чем больше на орбиту долетит полезного, тем лучше. Поэтому бесполезное (пустой бак, отработавший двигатель, теплозащита, обтекатель) отваливается по дороге, в атмосфере. Часть из этого ловят спасатели и повторно используют или перерабатывают. Часть уже непригодна или эти детали слишком дорого спасать. Поэтому на 1 кг запущенной массы приходится минимум 5 кг вспомогательной. Хоть космическая эра и длится более полувека, и человечество сумело разработать алгоритмы переработки отходов запусков, но не на все материалы это распространяется. Вытекший из упавшего двигателя гидразин отравит почву и воду далеко и надолго.

Настало время для мифа.

Можно взять весь мусор с Земли и отправить в далекую-далекую галактику"- ЭТО МИФ.

И у нас остается как раз достаточное количество времени для самого главного. Давайте обсудим, а как же сократить количество космического мусора и что лично мы можем сделать для очищения околоземного пространства?

Если я скажу «ничего», вы все очень расстроитесь. Поэтому поступим так.

Для начала попробуем угадать (да, все полностью мы даже и представить не сможем, а если представим, то не сможем проверить), что же космическое присутствие дает для нас родимых.

1)      Спутниковое телевидение – 72 аппарата.

2)      Спутниковая телефония – 210 аппаратов (по другим данным 178).

И пусть даже эти списки полностью перекрываются, все равно много. Только для того, чтобы посмотреть телек.

Далее. Аппараты ДЗЗ и метео. Это спутники на низкой орбите, раз уж такое дело понадобилось и для наблюдения за планетой нужны глаза в космосе, то надобность не исчезнет. Списка этих аппаратов я не нашла, но и их не меньше.

 Итак, всего за космическую эту с Земли отправлено более 4 Эйфелевых башен (если считать по массе).

Можем ли мы как-то ужать наши нужды, чтобы сократить запуск все новых аппаратов? Не вижу возможности.

НО. Аппарат имеет время жизни. И технологии совершенствуются, сначала запускались спутники с 5летним запасом, потом семилетки, потом 10. И вот уже современные аппараты рассчитаны на 15 лет и предоставляют спектр услуг (Экспресс AM5  - цифровое телерадиовещание, телефония, видеоконференцсвязь, передача данных, доступ к сети Интернет). То есть принцип «купи дорогое и хорошее, чтобы не потратить те же деньги в несколько приемов, выбрасывая дешевое и плохое» соблюдается и в космосе.

Также пошло развитие микроспутниковой отрасли (кубсаты, таблетсаты) – это спутники – маленькие коробочки. Та же по функциональности аппаратура, но меньше топлива (или вообще его нет), меньше масса. Экономим на выводе, меньше лишнего попадает на орбиту. Правда как догнать такой комочек, если отправиться за ним на космическом пылесосе, пока неясно.

Поэтому, чтобы сильно уж не расстраиваться, мы можем принять косвенное участие в дальнейшей судьбе космоса и его наполнения. Все великие ученые, которым суждено изобрести и космический пылесос, и испепеляющий лазер, и межзвездного человека-паука, сейчас мастерят роботов из Лего, потеют и боятся ОГЭ, слушают Окси. На них надежда и им нужно помочь прорваться. Им можно что-то ненавязчиво подсказать, а лучше просто научить понимать свое окружение, определять те переменные, от которых зависит будущее.

А вот сейчас, именно сегодня, уже есть те, кто принимает решения, которые могут свести на нет любые попытки сделать хорошо, и получится как всегда. В космической отрасли существует диссонанс целей и возможностей. Хотим запускать много и точно, а падает и ломается заметный процент. Хотим ответственных специалистов, но не хотим им платить. Хотим, чтобы на завод приходили сразу с руками, ногами и головой, а курсачи в универе все скатывают с прошлогодних. Ребят, можно вмешиваться и просить, проверять, спрашивать, узнавать. Можно совать нос во все эти дела, система образования и менеджмент всюду неидеальны.

Осталось то, что мы лучше всех умеем. Экологичный образ жизни ( пусть живем не на орбите) - это образ мыслить, этим надо заражать людей. Чихать и кашлять вирусом экологичности. Слава Богу, земляне еще не освоили Луну и Марс. Нам сначала нужно научиться вести себя на Земле.

Что можно сделать для уменьшения количества мусора в космосе

В последние годы человечество всерьез озабочено проблемами безопасности полетов и чистотой космического пространства. Есть несколько направлений по которым ведутсся исследования

1.     развитие микроспутниковой отрасли  -  уже созданы кубсаты и таблетсаты – спутники -коробочки. При той же функциональности достигается существенная экономия на выводе, требуется меньше топлива, меньше лишнего попадает на орбиту. Правда, как догнать такой комочек, если отравиться за ним на космическом пылесосе, пока неясно.

2.                 Ведутся разработки, направленные на увеличение продолжительности  жизни аппаратов - сначала запускались спутники с 5летним запасом, потом семилетки. Современные аппараты рассчитаны на 15 лет. 

3.                  Разрабатывать возвратные ракеты носители (то что делает Маск)

Еще очень важно разобраться с тем какие спутники действительно необходимы и более ответственно относиться к выбору запускаемых аппаратов

А если смотреть в отдаленное будущее - будем ждать появления таких пылесосов, которые позволят делать косметическую или даже генеральную уборку космического пространства ))

Краткое описание документа:

Космический мусор: откуда берется и почему никуда не улетает?

Мы расскажем вам о самом безлюдном пространстве - о космосе. А еще о проблеме, которая вышла за пределы планеты. Для вас мы раскроем все секреты космических путешествий – из чего делают упаковку космической еды и кто разнимает дерущиеся спутники.

Что вы узнаете:

- какие объекты есть вокруг нашей планеты и как они туда попали?

- откуда берется в космосе мусор, если там никто не живет?

- почему мусор из космоса до сих пор не упал нам на голову?