Төменгі жер орбитасы қалай қоқыс үйіндісіне айналады

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Адамның қоқыс ізі ұзақ уақыт бойы планетадан асып, ғарышқа дейін созылды. Белсенділер мен саясаткерлер Жердегі тұрмыстық қалдықтармен не істеу керектігін шешіп жатқанда, орбиталарда пайдаланылған тонналап жабдық жиналуда.

Ғарыштық қоқыс үйінділерінің неден жасалғанын, олар қайда орналасқанын және «аспандық» қоқыстардың басымызға түсуі мүмкін бе екенін анықтап көрейік (спойлер: бұл бұрыннан болған).

Ғарышта қандай қоқыс ұшып жүр

Ғарыш дәуірі 1957 жылы алғашқы жасанды жер серігі ұшырылған кезде басталды. Содан бері адамзат көптеген зымырандарды ұшырды және орбитаға 11 000-ға жуық спутниктерді шығарды. Соңғы жылдары ғарыштық миссиялардың саны күрт өсті. Қазір жерге жақын ғарышты тек мемлекеттер ғана зерттеп қоймайды - бизнеске жеке фирмалар мен коммерциялық емес ұйымдар қосылды. Орбиталарға түсетін жүктеме артып келеді.

Жерге жақын кеңістіктегі объектілердің саны қалай өзгерді

Дегенмен, спутниктер, кез келген басқа техника сияқты, бұзылып, ескіреді. Олардың орнын жаңа құрылғылар басып, істен шыққан құрылғылар металл сынықтары түрінде орбитада өмір сүруге мәжбүр. Біздің планетамыздың жақын және алыс аймақтарында «қоқыс үйінділері» пайда болды.

Барлық жұмыс істемейтін техникалық объектілер мен олардың фрагменттері ғарыштық қоқыс ретінде жіктеледі. Оның басым бөлігі зымыран кезеңдері, ескі спутниктер және олардың фрагменттері жұмсалды. Жаңа құрылғылардың тұрақты ұшырылуына қарамастан, орбиталарда жұмыс істейтін спутниктер «қалдықтардан» әлдеқайда аз. Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) бағалауы бойынша, Жерге жақын кеңістікте өлшемі бір сантиметрден аспайтын 128 миллион ұсақ қоқыс, 1-ден 10 см-ге дейінгі 900 мың фрагмент және 34 мың - 10-нан астам сынықтар бар. см Салыстыру үшін: бар болғаны 3 жұмыс істейтін спутник, 9 мың.

Адамзат ең белсенді түрде төмен жер орбитасын пайдаланады (теңіз деңгейінен 200-2000 км). Ғарыш кеңістігінің бұл бөлігі ең «тығыз қоныстанған» және сонымен бірге «ең лас». 650-1000 км биіктікте бірінші «қоқыс үйіндісі» орналасқан – мұнда ескі көліктер, әртүрлі өлшемді қоқыс пен ядролық қондырғылары бар әскери спутниктер «өмір сүреді». Ықтимал қауіпті объектілерді сақтауға арналған мұндай биіктіктер кездейсоқ таңдалмаған: олар шамамен екі мың жыл бойы болуы мүмкін. Екінші ресми «сынақ алаңы» шамамен 36 мың км биіктікте орналасқан - геостационарлық орбитадан қызмет еткен барлық жерсеріктері сол жерге жіберілді.

Дегенмен, ғарыштық қоқыс тек ол үшін арнайы бөлінген жерлерде ғана «ұшады». Жерге жақын кеңістіктегі қоқыспен соқтығыс кез келген жерде болуы мүмкін, өйткені ұсақ бөлшектердің қозғалысын болжау мүмкін емес. Бірақ үлкен фрагменттерді айналып өтуге болады - олардың көпшілігін әлемдік ғарыш агенттіктері бақылайды. Егер алдағы жылдары SpaceX, OneWeb және Amazon сияқты компаниялар жер бетінде мыңдаған байланыс спутниктерін орналастырса, мамандар апатты болдырмау үшін орбиталардағы қозғалысты әлдеқайда мұқият бақылауға мәжбүр болады.

Ғарыштағы қоқыстарды кім қадағалайды

ESA мәліметтері бойынша, ғарыштық бақылау желілері тек 28 000 аса ірі қоқыстарды үнемі қадағалап отырады. АҚШ-тың ғарыштық бақылау желісі ғарыштық қоқыс траекториясын талдаудың бірінші қызметтерінің бірі болып табылады. Мамандар каталог жүргізеді, онда Жердің төменгі орбитасынан 5-10 сантиметрден асатын объектілер мен геостационардың жанында орналасқан 30 сантиметрден басталатын қоқыс әкелінді.

Америка Құрама Штаттарында «қалдықтар» туралы ғана емес, сонымен қатар жұмыс істейтін құрылғылар туралы деректерді жинайтын және өңдейтін басқа орталықтар бар. Олардың геолокациялары Space Track ресурсында қоғамдық доменде жарияланады және 18-ші ғарыштық басқару эскадрильясының Twitter-ден белгілі бір көліктердің жойылуы туралы білуге болады. Осы ақпарат негізінде спутниктердің (қызыл нүктелердің), зымыран денелерінің (көк) және ғарыш қалдықтарының (сұр) орналасуын нақты уақыт режимінде көрсететін «Stuff in Space» онлайн картасы жасалды. Карта күн сайын жаңартылып отырады және жұмыс істейтін құрылғылар мен «қалдықтар» арасындағы тығыз «байланысты» анық көрсетеді.

Еуропа, Ресей және Қытай елдері де телескоптар немесе геостационарлық радарлар арқылы ғарыштық «жолдардағы» қозғалысты бақылайды. Апат ықтималдығын есептейтін қызметтердің арқасында орбитада соқтығыстар сирек кездеседі.

Ғарыш қалдықтары қайдан келеді?

Ғарыштағы соқтығыстар сирек кездесетініне қарамастан, олар «аспандық үйінділердің» өсуіне айтарлықтай әсер етеді. Ең ауыр ғарыштық апаттардың бірі 2009 жылы болды: американдық байланыс спутнигі Иридиум мен жұмыс істемейтін ресейлік «Космос-2251» әскери аппараты тарай алмады. Олардың «кездесуінен» шағын қоқыстардың үлкен бұлты мен 1,5 мыңнан астам ірі фрагменттері пайда болды, олар бүгінгі күнге дейін жер маңындағы кеңістікте қалады.

Ғарыштық қоқыстардың пайда болуының негізгі себебін зерттеушілер жарылыс деп атайды. Көбінесе олар отынның ағып кетуіне немесе қызып кетуіне байланысты пайда болады, ол қазірдің өзінде пайдаланылған жоғарғы сатылардың цистерналарында, ракеталар мен спутниктердің соңғы сатыларында қалады. Жабдық дизайндағы ақауларға немесе қатал ғарыштық ортаның әсерінен жарылады. Мысалы, 2018 жылы ресейлік және американдық «Фрегат» және «Кентавр» жоғарғы сатылары орбитада құласа, 2012 жылы біздің «Бриз-М» фрагменттерге шашырап кетті. 2021 жылдың наурызында АҚШ-тың ескі метеорологиялық спутнигі жарылып, бір жыл бұрын 29 жыл бойы Жерге жақын кеңістікте болған кеңестік «Циклон-3» зымыранының сатысы 75 дрейфтік фрагментке айналды.

Спутникке қарсы қарудың сынақтары үлкен қоқыс ізін қалдырады. 2007 жылы Қытай өзінің Фэнгюн-1С ұшағын 865 км биіктікте орташа қашықтықтағы зымыранмен жойды. 3,5 мыңға жуық ірі нысандар мен 5 сантиметрге дейінгі сансыз сансыз фрагменттерді құрады. 2019 жылы Үндістан да өз спутнигіне зымыран ұшырды - 200-ден 1600 км-ге дейінгі орбиталарға шашыраған 400-ге жуық қоқыс.

ESA мамандары құрылғының бұзылуының 560-тан астам жағдайына талдау жасады. Олар атап өткендей, орбиталарда ғарыштық қоқыстардың пайда болуының басқа да себептері бар. Көбінесе оның кейбір бөліктері аппараттан ажыратылады, ол құрылымдағы кемшіліктерге байланысты бұзылады немесе Жер атмосферасымен әрекеттесу кезінде істен шығады.

Ғарыш аппараттарының жойылу себептері

2020 жылы RS Components мамандары ғарыштық державалардың қайсысы кеңістікті басқаларына қарағанда күштірек ластайтынын талдады. Анықталғандай, бүгінде ізге түскен ұшақ сынықтарының ең үлкен бөлігі Ресей мен ТМД елдеріне тиесілі - 14 403 фрагмент. Екінші орында АҚШ (8734), үшінші орында Қытай (4688).

Неліктен ғарыш үйінділері қауіпті?

Заманауи спутниктер микрометеориттер мен ғарыштық қоқыстардан қорғаныспен жабдықталған, бірақ «бронь» әрқашан үнемдей бермейді. Жарылыс қалдықтары бастапқы жылдамдықпен қозғалуын жалғастыруда. Кеңістікте сезілетін үйкеліс күші болмағандықтан және әдеттегі ауырлық күші әсер етпейтіндіктен, олар іс жүзінде баяуламайды.

Олардың жылдамдығы 8-10 км / с жетуі мүмкін, бұл оқтан жеті есе жылдам. Баяу фрагменттердің соққылары да өлімге әкелуі мүмкін. Өлшемі 10 см-ден асатын бөліктер ұшақты толығымен жоюға қабілетті. 1 см-ден асатын фрагменттермен соқтығыстар ғарыш аппаратының жұмысын бұзады немесе жұмыс істемейтін объектілердің жарылыстарын тудырады. Миллиметрлік бөлшектер көп жағдайда корпустарда жарықтар мен чиптер қалдырады.

2016 жылы шаңның түйіріндей кішкене қоқыс ХҒС терезесінің әйнегінде 7 мм ойық қалдырды. Кез келген қоқыс фрагменттерімен соқтығысуы ғарыш станциясы үшін қауіпті, себебі ол орбитада 7,6 км/с жылдамдықпен қозғалады. ХҒС жүйелі түрде жалтару маневрлерін жасайды және орбитасын түзетеді: метеоритке қарсы панельдер үлкен қоқыспен соқтығысқанда экипажды қорғай алмайды. Кейде ғарышкерлер станцияны эвакуациялауға және қажет болған жағдайда «батып бара жатқан кемені» тез қалдыру үшін «Союз» ғарыш кемесіндегі ғарыштық қоқыстарға қауіпті жақындау сәтін күтуге мәжбүр болады.

Ғарыш кемелерінің маневрлерінің көпшілігі қоқыспен «кездесуді» болдырмау үшін жасалады. Бұл әрекеттер қымбатқа түседі. Сарапшылар тәуекелдерді есептеуге және жаңа траекторияны жоспарлауға бірнеше сағат жұмсайды. Маневр кезінде жанармай тұтынылады, оны өзіңізбен бірге «резервте» алуға тура келеді, ал құрылғылар «бос тұрып қалады» - олар зерттеушілерге қажетті деректерді жібермейді.

Жер бетіндегілер үшін ғарыштық қоқыс айтарлықтай қауіп төндірмейді. Кішкентай құрылғылар атмосферада жанып кетеді, ал зымырандардың немесе спутниктердің пайдаланылған үлкен бөліктері, әдетте, белгілі бір траектория бойынша Тынық мұхитына немесе Қазақстанның адам тұрмайтын аумақтарына түсіріледі. Тек бір рет адам қолымен жасалған ғарыш қалдықтары адамға тиді. 1997 жылы американдық Delta II зымыран тасығышының сынығы Оклахома тұрғыны Лотти Уильямсқа құлады. Оның иығына түскен жұлдыздың бір бөлігі емес, жанармай құятын бактың сынығы екенін білген бойжеткеннің көңілі қалды.

NASA ғылыми кеңесшісі Дональд Кесслер 1978 жылы жағымсыз болжам жасады. Кейіннен ол сипаттаған құбылыс «Кесслер синдромы» деп аталды. Астрофизиктің айтуынша, бір күні ғарыштағы «қалдықтардың» шоғырлануы соншалықты, апаттар саны бақылаусыз өсе бастайды. Қоқыс ұшақтарға соғылады, ал олар бөлшектеліп, басқа нысандарға «шабуыл жасайды». Үйілген металл сынықтары төменгі орбиталарды жарамсыз етеді, ал Жердің айналасында Сатурн сақиналарын еске түсіретін қоқыс белдеуі пайда болады. Кейбір сарапшылар орбитада жасанды объектілердің критикалық концентрациясына жетті деп санайды.