Выпуск № 33 2013 г.

ПИЛОТИРУЕМЫЕ
КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
бюллетень новостей
и аналитических материалов
Выпуск № 33
2013 г.
Содержание
КОСМИЧЕСКАЯ СРЕДА
Проблема космического мусора ..................................................................................................2
Новые системы наблюдения космического мусора .....................................................................7
Ученый из НАСА предлагает создать космический “чистильщик”...............................................8
№ 33-2013
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
КОСМИЧЕСКАЯ СРЕДА
Проблема космического мусора
Проблема космического мусора возникла сразу
же после запусков первых искусственных
спутников Земли. Объекты на околоземной
орбите, не выполняющие полезных функций
(прекратившие активное существование
космические аппараты, техногенные фрагменты,
частицы, пылинки), по мнению специалистов,
представляют прямую опасность как для
действующих космических аппаратов, так и для
людей и объектов на земной поверхности.
В настоящее время возможностью отслеживать
Загрязнение околоземной орбиты
все околоземное космическое пространство на предмет его техногенного загрязнения обладают
только две страны - Россия и США. Возможность вовремя зафиксировать факт нахождения в
космосе опасных обломков крайне важна для обеспечения нормального хода исследования и
использования космического пространства.
По состоянию на сентябрь 2013 года на околоземных орбитах постоянно отслеживаются более
500 тысяч элементов космического "мусора." Они движутся со скоростью более 18 000 км/ час,
которой вполне достаточно, чтобы сравнительно небольшой элемент мусора мог повредить
спутник или космический корабль.
Рост “загрязнения” космического пространства увеличивает опасность для всех действующих
космических аппаратов, но особенно для Международной космической станции и других
пилотируемых космических объектов.
НАСА вполне серьезно воспринимает угрозу столкновения с космическим мусором и
пользуется набором давно разработанных предписаний по снижению угрозы возможного
столкновения. Эти предписания, являющиеся частью более крупного пакета инструкций по
принятию решений, известных как правила полётов, указывают на то, когда ожидаемое
сближение с частицами “мусора” увеличивает вероятность столкновения настолько, что
требуется маневр уклонения или другие меры обеспечения безопасности экипажа.
2
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 33-2013
Космический мусор
К категории космического мусора относятся как естественные (метеороидные) и искусственные
(техногенные) частицы. Метеороиды находятся на орбитах вокруг Солнца, тогда как
большинство частиц искусственного мусора обращаются вокруг Земли. Обычно, именно
искусственные элементы и называют “орбитальным мусором”.
Орбитальным мусором считается любой
рукотворный объект на околоземной орбите,
который не выполняет полезных функций. К
категории мусора относят недействующие
космические аппараты, отделившиеся ступени
ракет-носителей; мусор, возникший в результате
эксплуатации космической техники и обломки,
возникшие вследствие разрушения искусственных объектов в космосе.
По околоземным орбитам движутся более 21 000 фрагментов мусора размером более 10 см.
Они летят в космосе со скоростью до 18 175 км/час, представляя опасность повреждения
спутников и пилотируемых космических кораблей. Существует около 500 тысяч фрагментов
размером от 1 см до 10 см. На орбитах также находятся миллионы частиц размером менее 1 см,
которые не поддаются отслеживанию.
При таких скоростях даже тонкие кусочки отслоившейся краски могут повредить космический
корабль. К примеру, в ходе эксплуатации немалое количество иллюминаторов “Спейс шаттла”
пришлось заменить из-за повреждений, вызванных именно засохшей краской.
"Наибольшую опасность для космических полётов создают те элементы космического мусора,
которые невозможно отследить", - заявил Николас Джонсон, научный руководитель по
тематике орбитального мусора в НАСА.
Однако при таком большим количестве элементов космического мусора катастрофических
столкновений до сих пор было на удивление мало.
В 1996 году французский спутник был поврежден обломками французской же ракеты-носителя,
которая взорвалась десятью годами ранее.
10 февраля 2009 года, прекративший активное функционирование российский спутник
столкнулся и разрушил действующий американский коммерческий спутник Iridium. В
результате столкновения возникло более 2000 новых каталогизированных и отслеживаемых
элементов космического мусора.
Проведённое в 2007году Китаем испытание антиспутникового оружия, в процессе которого для
3
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 33-2013
уничтожения старого метеорологического спутника использовалась управляемая ракета,
добавило более 3000 элементов космического мусора.
Отслеживание космического мусора
Министерство обороны США ведёт каталог, содержащий данные высокой точности обо всех
объектах на околоземной орбите, размер которых превышает 10 см.
НАСА и МО сотрудничают и разделяют ответственность за описание объектов околоземной
среды (в том числе космического мусора). Военная сеть наблюдения за космосом Space
Surveillance Network (SSN) отслеживает дискретные объекты размером всего лишь 5 см в
диаметре на низких околоземных орбитах и около 1 м на геостационарной орбите. В настоящее
время на орбите находятся около 15 тысяч официально каталогизированных объектов. Общее
количество отслеживаемых объектов превышает 21 000. С помощью специальных наземных
датчиков и изучения внешних поверхностей возвращённых из космоса спутников, НАСА
статистически определяет степень присутствия в космосе объектов менее 10 см в диаметре.
В зависимости от степени угрозы риски столкновения подразделяются на три категории. Для
защиты от объектов размером 10 см и более, которые могут наблюдаться сетью Space
Surveillance Network, целесообразно производить оценку вероятности столкновения и
осуществлять маневры по уклонению. Объекты меньшего размера обычно слишком малы для
того, чтобы их отслеживать и слишком велики для того, чтобы обезопасить себя от них
посредством защитных экранов. Экраны и щиты могут быть эффективными при столкновении с
частицами размером менее 1 см.
4
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 33-2013
Реагирование на угрозу
НАСА располагает набором давно устоявшихся нормативов, которые используются для оценки
того, угрожает ли близкий пролёт опасного объекта настолько, чтобы предпринять маневр
уклонения или какие-либо другие меры по обеспечению безопасности экипажа.
Эти нормативы по сути представляют собой воображаемую коробку, охватывающую
космический аппарат и известную как "коробки из-под пиццы" из-за её характерной формы.
Эта "коробка" имеет размеры примерно 1,5 х 50 х 50 км (высота, ширина, длина) с
космическим аппаратом в её центре.
Сеть наблюдения за космосом SSN
Когда прогнозы показывают, что фрагмент мусора будет проходить достаточно близко и
качество данных слежения считается достаточно высоким, центры управления в Хьюстоне и
Москве совместно разрабатывают наилучшую стратегию действий.
Иногда о таких встречах становятся известно заблаговременно и есть возможность небольшого
смещения станции, известного как "маневр избегания встречи с мусором" с тем, чтобы увести
"коробку" от пересечения с траекторией движения элемента мусора. В других случаях данные
слежения не является достаточно точными для обоснования такого маневра или же факт
близкого прохождения мусора не был спрогнозирован за время, достаточное для совершения
маневра. В этих случаях центры управления могут принять решение о том, что наилучший
вариант состоит в переходе экипажа в космический корабль “Союз”, который используется для
транспортировки людей на МКС и обратно. Этот вариант даёт достаточно времени, чтобы
изолировать космический корабль от станции путём закрытия люков в случае повреждения при
5
№ 33-2013
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
столкновении. Экипаж сможет покинуть станцию, если столкновение привело к потере
давления в модуле жизнеобеспечения или в других критических элементах конструкции
станции. В случае возникновения чрезвычайной ситуации “Союз” используется членами
экипажа в качестве эвакуационного средства спасения.
Если вероятность столкновения велика, центры управления полетами могут также принять
дополнительные меры предосторожности, такие как закрытие люков между некоторыми из
модулей МКС.
Маневрирование космических аппаратов
Маневры по предупреждению столкновения с космическим мусором применяются в случаях
когда вероятность столкновения достигает пределов, установленных правилами полёта МКС.
Когда вероятность столкновения больше, чем 1:100 000, то проводится маневр, если это не
приведёт к серьезным помехам для решения задач МКС. В случае если вероятность больше,
чем 1:10 000, маневр будет проводиться, при условии, что это не приведет к дополнительному
риску для экипажа.
Маневры по уклонению от космического мусора обычно протекают в течение отрезка времени
от одного до нескольких часов до возможного столкновения. Применительно к МКС
планирование и осуществление таких маневров требует около 30 часов, в основном из-за
необходимости использования российских двигателей станции, или двигательных установок на
одном из российских или европейских
космических кораблей, который
пристыкован к станции.
За прошедшие 10 лет маневры по
уклонению МКС и “Спейс шаттла”
проводились несколько раз.
Центр совместных космических
операций МО США (Joint Space
Operations Center - JSpOC) отвечает за
выполнение оценки вероятности
столкновений для всех космических объектов, находящихся в ведении НАСА. Оценки
проводятся в соответствии с установленным графиком (каждые восемь часов полета для
пилотируемых объектов и ежедневно с понедельника по пятницу для беспилотных аппаратов).
Центр JSpOC уведомляет НАСА (Центр имени Джонсона в случае пилотируемых полётов в
космос и Центр космических полетов имени Годдарда для автоматических космических
аппаратов) о пересечениях траекторий космических аппаратов и элементов космического
6
№ 33-2013
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
мусора, которые соответствуют установленным критериям.
Центр JSpOC формулирует задачи для Сети SSN по сбору дополнительных данных слежения за
угрожающим объектом с целью повышения точности оценки вероятности пересечения
траекторий. Основываясь на данных, предоставленных Центром JSpOC, НАСА рассчитывает
вероятность столкновения.
На основании правил полета и детального анализа рисков НАСА принимает решение о
необходимости выполнения маневра уклонения.
7
Номер
статьи
Дата публикации в
оригинале
93
октябрь 2013 г.
Электронные адреса источников
http:www.nasa.gov/mission_pages/station/news/orbital_debris.html#.UnoBk3DwnrQ
http: http://ria.ru/space/20131030/973525373.html,
http://ria.ru/science/20130228/925135314.html
http://ria.ru/infografika/20120807/718278948.html
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 33-2013
Новые системы контроля космического мусора
Россия
Современная российская оптико-электронная
система для контроля космического мусора
может быть введена в эксплуатацию в 2014 году,
сообщил в пятницу журналистам генконструктор
корпорации "Системы прецизионного
приборостроения" (предприятие-разработчик
новой системы) Виктор Шаргородский.
Он отметил, что эта система позволит отслеживать объекты различных размеров, в том числе
такие же метеориты, как тот, который в феврале 2013 года упал на Урале.
"Такая система уже построена на Алтае (поселок Саввушка, недалеко от города Змеиногорска).
В этом году начались ее испытания, она уже работает в испытательном режиме. Далее, если не
будет сбоев, в 2014 году мы введем эту систему в эксплуатацию", — сказал Шаргородский.
По его словам, еще одну аналогичную систему планируется построить в Боливии, однако пока
соглашение с боливийской стороной не подписано.
Европа
Европейская комиссия выступила с инициативой создать единую общеевропейскую систему
поиска и слежения за объектами космического мусора, которая позволит объединить
возможности имеющихся у ряда стран ЕС
национальных систем.
В конце февраля 2013 года Еврокомиссия
предложила программу наблюдения за
космическим мусором, в рамках которой
предполагается объединить усилия всех
европейских стран, располагающих радарами и
телескопами, способными отслеживать объекты
на околоземной орбите. В настоящее время все европейские спутниковые операторы почти
полностью зависят от информации, предоставляемой системами слежения США. С ростом
космической индустрии американские источники данных уже не смогут удовлетворять
растущие нужды европейских операторов.
8
№ 33-2013
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Все полученные ими данные будут поступать в единый информационный центр, который будет
предупреждать всех спутниковых операторов, а также власти стран ЕС об опасных ситуациях.
Речь идет не только о сближении спутников с объектами космического мусора, но и об угрозе
падения неуправляемых космических объектов.
В настоящее время на околоземной орбите находится более 500 тысяч объектов "мусора"
размером более 1 см. Столкновение с таким предметом может серьезно повредить спутник, а
объект размером более 10 см (их насчитывается более 21 тысячи) может полностью вывести
космический аппарат из строя. Спутники регулярно приходится "уводить" от траектории
движения опасных фрагментов, что сокращает запасы топлива и срок активного
функционирования аппаратов. Потери европейских спутниковых операторов из-за
космического мусора оцениваются в 140 млн. евро в год, а в следующем десятилетии эта цифра
может возрасти до 210 млн. евро.
9
Номер
статьи
Дата публикации в
оригинале
94
октябрь 2013 г.
Электронные адреса источников
http://ria.ru/science/20130215/923142956.html
http://ria.ru/science/20130228/925135314.html
№ 33-2013
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Ученый из НАСА предлагает создать космический “чистильщик”
Разреженные верхние слои атмосферы Земли могут стать неисчерпаемым источником
"топлива" для орбитального уборщика космического мусора — проект такого аппарата
разработал Марка Мэтни (Mark Matney) из Космического центра НАСА имени Джонсона.
Одной из главных проблем при уборке космического мусора является сложность захвата
отработанных ступеней ракет, спутников или фрагментов космической техники, которые
конструктивно никак для этого не приспособлены. Один из вариантов решения —
использовать струю ионизованного газа из электрореактивных двигателей, которая будет мягко
"сдувать" объект с орбиты. Но здесь возникает другая проблема — запасы рабочего тела (в роли
которого, как правило, используют ксенон) ограничены, и не имеет смысла тратить большие
средства на запуск "мусорщика", который сможет убрать лишь около десятка "мертвых"
спутников.
В статье Мэтни, опубликованной в ежеквартальном бюллетене Управления НАСА по изучению
космического мусора, предлагается в качестве источника рабочего тела использовать
разреженный газ верхних слоев земной атмосферы на высоте низкой околоземной орбиты.
"Продолжительность жизни такого аппарата будет ограничена только сроком жизни его
конструктивных элементов, но не запасами топлива", — говорится в статье.
Наличие неисчерпаемого запаса рабочего тела позволит аппарату активно маневрировать —
подыматься на более высокие орбиты, чтобы добраться до того или иного объекта, спускаться и
т.д. Поскольку на большей высоте плотность атмосферы ниже, Мэтни предлагает "гибридный"
подход — для маневров на высоких орбитах использовать "собственные" запасы, а на низких —
газ атмосферы.
10
Номер
статьи
Дата публикации в
оригинале
95
октябрь 2013 г.
Электронные адреса источников
http://ria.ru/space/20131030/973525373.html
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
11
№ 33-2013