תהליך חקר החלל, שהחל למעשה באמצע המאה ה-20, מוצג בדרך כלל בצד החיובי כשלב חדש בהתפתחות הידע המדעי והטכנולוגי. עם זאת, כבר לאחר שיגור הלוויין הראשון החל במקביל תהליך שלילי שונה לחלוטין, הקשור לסתימה של מסלולים קרובים לכדור הארץ. פסולת מעשה ידי אדם בחלל מהווה שורה של איומים הן לחללית והן לכדור הארץ.
מקורות לפסולת חלל
אשפה במקרה זה מתייחסת לנגזרות בעלות אופי מעשה ידי אדם, שהן מגוונות מאוד, אך קשורות לפעילות אנושית ישירה. לדוגמה, מטאורואידים המופיעים באופן טבעי אינם מהווים איום, בניגוד לפסולת מעשה ידי אדם, המהווה איומים בשל שהותה הארוכה במסלול נמוך של כדור הארץ.
אז, מאיפה מגיעה הפסולת המסוכנת בחלל? רובו כןשנוצר במהלך שיגורי לוויינים ושיגורים של כלי רכב אחרים למסלול. בתהליכים כאלה מעורבות בהכרח ספינות מאוישות או אוטומטיות הנלוות, המותירות מאחור חפצים טכניים וחומרים מתכלים. מקור הזיהום המסוכן ביותר מסוג זה הוא השמדת לוויינים וספינות במסלול, וכתוצאה מכך נותרו בחלל ציוד בלתי מנוהל וחלקי מבנה של כלי טיס. כשלעצמם, השברים לאחר התרסקות הציוד או בתהליך השחרור המתוכנן של פסולת אינם מהווים איום רציני במספר אחד. עם זאת, עם הצטברות ארוכת טווח נוצרים עצמים גדולים, לרוב בעלי פוטנציאל רדיואקטיבי גבוה, המקשה על השמדתם.
תפקיד משמעותי בתהליכי היווצרות של פסולת מסוכנת ממלאת ההשפעה של השפלה "הגיל" של פסולת מחפצי חלל בסביבה אגרסיבית. אותן הצטברויות של פסולת מושפעות לרעה מאבק קוסמי, קרינה, טמפרטורה קיצונית, חמצון חמצן וכו'. לפיכך, יש להתמודד לא רק עם אלמנטים פיזיקליים המהווים איום להתנגשות, אלא עם חומרים בלתי מבוקרים ונפיצים המגבירים את הסיכון. של אסונות.
ניטור פסולת שטח
הסכנות הקיימות הקשורות לנוכחות של פסולת חלל מחייבות גם מחקר מתמיד על מסלולים קרובים לכדור הארץ. מכשירים מיוחדים סורקים פסולת מעשה ידי אדם לפי מספר מאפיינים, כולל גודל, מסה, צורה, מהירות,מסלול, הרכב וכו' בהתאם למרחק מכדור הארץ, נעשה שימוש בציוד מסוים. לדוגמה, מסלול כדור הארץ הנמוך של מערכת LEO מכסה בדרך כלל מרחק בין 100 ל-2000 ק"מ. בספקטרום זה פועלים הנדסת רדיו, מכ"ם, אופטי, אופטואלקטרוניקה, לייזר ומכשירים אחרים לצפייה בפסולת חלל. במקביל, מפותחים אלגוריתמים מיוחדים לניתוח המידע המתקבל במכשירים אלו. כדי לשלב קבוצה של נתונים מפוצלים, נעשה שימוש במודלים חישוביים מתמטיים מורכבים, שנותנים תמונה מלאה יחסית של המתרחש באזור מסוים של תצפית.
למרות השימוש בשיטות ניטור היי-טק, עדיין יש בעיות במעקב אחר חלקיקים קטנים עד כמה מילימטרים. שברים כאלה יכולים להיחקר רק באופן חלקי על ידי חיישנים על הסיפון, אבל זה לא מספיק כדי לקבל מידע מקיף, למשל, על ההרכב הכימי של האובייקט. אחד הכיוונים לניטור חלקיקים כאלה הוא המדידה הפסיבית כביכול. בשלב מסוים, על פי עיקרון זה, נחקרו מרכיבי תחנת החלל מיר שהוחזרו לכדור הארץ. המהות של טכנולוגיה זו היא לרשום את ההשפעות של החלקיקים הנחקרים על פני השטח של המנגנון בחלל פתוח. במעבדות נותחו סוגים שונים של נזקים שאפשרו לקבל מידע נוסף על פסולת חלל. כיום, צוותים של קוסמונאוטים עובדים לאורך נתיב המחקר הזה ישירות במסלול, בודקים את המשטחים של חלליות פועלות.
הפצה של פסולת בחלל קרוב לכדור הארץ
ניטור החלל החיצון מצביע על חלוקה לא אחידה של פסולת מסוגים שונים במסלולים. הצבירים הגדולים ביותר נצפים באזור המסלול הנמוך - בפרט, בהשוואה למסלולים גבוהים, ההבדל בצפיפות יכול להיות פי אלף. יחד עם זאת, קיים קשר בין צפיפות הצבירים לבין גדלי החלקיקים. הצפיפות המרחבית של פסולת בגודל בינוני היא בדרך כלל נמוכה יותר במסלולים גבוהים מאשר במסלולים נמוכים בשיעור קטן יותר בהשוואה ליסודות בעלי גרגיר גס.
המאפיינים של התפלגות פסולת החלל סביב כדור הארץ מושפעים ממספר גורמים, ביניהם תכונות המקור. לדוגמה, לשברים קטנים שנוצרו כתוצאה מהרס של חלקים מהתחנה או לוויינים יש וקטורי מהירות לא יציבים. באשר לפסולת גדולה, בשל הדינמיקה הגבוהה שלה הוא מסוגל להגיע לגבהים גבוהים עד 20,000 ק"מ, וגם להתפשט בטבעת הגיאוסטציונרית. ברמת 2000 ק"מ ישנה חלוקה לא אחידה עם עליית נקודות צפיפות ב-1000 ו-1500 ק"מ בפרט. אגב, המסלול הגיאוסטציונרי הוא הסתום ביותר, ובשטחו נרשמת נטייה גבוהה של פסולת להיסחף.
מגמות פיתוח פסולת חלל
מדעני חלל מודאגים יותר מאיומים פוטנציאליים מאשר עכשווייםפסולת במסלולי כדור הארץ. נכון לעכשיו, מחקרים מצביעים על עלייה בשיעור הזיהום ב-4-5% בשנה. יתרה מכך, תפקידם של שיגורי חלליות טרם הוערך באופן אמין במונחים של גידול אוכלוסיית הגופים הזרים במסלולים שונים. עצמים גדולים ניתנים לחיזוי, אבל, כפי שכבר צוין, המידע המוגבל על פסולת קטנה אפילו בחלל קרוב לא מאפשר לנו לדבר בדרגה גבוהה של אובייקטיביות על המאפיינים של פסולת המונית. למרות זאת, מדענים מסיקים שתי מסקנות חד משמעיות לגבי פסולת קטנה:
- נפח החלקיקים הקטנים שנוצרים כתוצאה מהרס גדל בהתמדה עם העלייה במספר ההתנגשויות. הן בתנאי מעבדה והן במחקרים תיאורטיים, הוכח כי שברים קטנים מהווים חלק ניכר מהיסודות המופרדים מחפצי הרס.
- חלקיקים קטנים מאוד בצורת אותם תוצרי התנגשות רגישים יותר להשפעות השליליות של כוחות חיצוניים. ההשפעה של השפלה כאשר פסולת נמצאת בתנאים אגרסיביים במשך זמן רב מפחיתה את הסבירות להערכה מהימנה של עתיד הצטברויות כאלה.
ברור שהבעיות של מציאת פסולת בחלל רק יחמירו, מה שמצריך נקיטת אמצעים מתאימים. אבל גם עם השבתה מוחלטת של פרויקטים הקשורים לחלל, מסלול כדור הארץ ימשיך להיסתם כתוצאה מהתנגשות של אלמנטים זיהום קיימים עם חלקיקים טבעיים. על ידי אינרציה, תהליך זה יימשך לפחות עוד 100שנים.
סוגי השפעות של זיהום חלל
ההשלכות השליליות המסוכנות ביותר מהשפעת פסולת החלל כוללות את הדברים הבאים:
- נזק אקולוגי לכדור הארץ. כשלעצמה, הימצאות פסולת טכנוגנית בתוך מסלול קרוב לכדור הארץ גוררת שינוי ברקע האקולוגי ומפרה את הטוהר המקורי של הסביבה. לדברי אסטרונומים-משקיפים, תהליך הפחתת השקיפות של המרחב הקרוב לכדור הארץ כבר מתקדם, מה שמסביר גם את נוכחות ההפרעה לפעולת ציוד הרדיו. ישירות עבור כדור הארץ, ניתן לציין את הסכנה של נפילת רכיבים עם חומרי דלק המבטיחים את פעולתם של מנועי סילון.
- פסולת נופלת לכדור הארץ. גם ללא השפעה רדיואקטיבית, נפילת פסולת מעשה ידי אדם מהחלל הקרוב עלולה להוביל לתוצאות קטסטרופליות. עד כה, האובייקטים הנחתים הגדולים ביותר היו בעלי מסה של לא יותר מ-100 טון, אך זה לא היווה איום רציני על כדור הארץ. מצד שני, ככל שעוצמת החסימה של מסלול כדור הארץ תגבר, התרחיש הזה יהפוך עגום יותר ויותר.
- סכנת התנגשות בחלל. אין לזלזל בנזק של פסולת חלל עבור הציוד המשמש לתמיכה בטיסה. אותן השפעות של חלקיקים גדולים וקטנים עלולות להוביל לשיבושים משמעותיים בפעולת המכשירים, ותאונות גדולות מסכנות את הסיכויים לביצוע פרויקטים שאפתניים יקרים.
מערכות הערכת נזקי התרסקותזבל
קודם כל, הפרקטיקה שכבר הוקמה של ניתוח ההשפעות על פני השטח של חלליות מיושמת על ידי בדיקה חיצונית של הקוסמונאוטים עצמם. כפי שהוזכר לעיל, ניתן להשתמש בתוצאות של מחקרים כאלה כדי לקבוע את מאפייני האשפה. עם זאת, המידע האנליטי המדויק ביותר מסופק רק על ידי בדיקות מעבדה שבהן חומרי המטרה מושפעים באופן מלאכותי. חיקוי של התנגשות של ציוד עם פסולת בחלל מתממש באמצעות פגיעות מהירות במיוחד. יתרה מכך, באמצעות מודלים ממוחשבים ודיגיטליים, הנתונים המתקבלים מעובדים תוך ניתוח של מאפייני הנזק ומכניקת ההשפעה על אובייקט המטרה. בין האינדיקטורים העיקריים ניתן למצוא מאפיינים כגון חוזק, שימור פונקציונליות, שרידות של רכיבים בודדים, מידת הפיצול וכו'.
קביעת רמת האיום של פסולת שטח
גם בשלבי התכנון של תחנות מסלול ומתחמי חלל, נלקחת בחשבון אפשרות של התנגשות בפסולת מסוגים שונים. כדי לחשב את אמינות התכנון האופטימלית, נעשה שימוש בנתונים על הסביבה הספציפית שבה ישמש המכשיר. יחד עם זאת, חוסר הדיוק של שיטות ניסוי ואנליטיות להערכת איומים הוא עדיין בעיה משמעותית. פסולת בחלל יכולה להיבחן רק במידה מסוימת של הנחות, מה שמקשה על המתכננים להכין כראוי כלי רכב להתנגשויות במהירות גבוהה. ללהערכת איום משוער, נעשה שימוש בקונספט של זרימות כלליות של פסולת חלל, שעלולים להיתקל בנתיב החללית. נתונים נוספים מוצגים על צפיפות השטף, המהירות, זוויות ההתקפה ומספר ההשפעות הצפויות.
דרכים לצמצום איומים מפסולת בחלל
רמת הניטור והאפיון הנמוכה יחסית של פסולת החלל עם התחזית שלה היא רק חלק מהבעיה. בשלב הנוכחי, מומחים מתמודדים עם מספר סוגיות הקשורות להפחתת הסיכונים של ההשפעה השלילית של פסולת מעשה ידי אדם בחלל החיצון. כיום שוקלים שני כיוונים לפתרון בעיה זו. ראשית, מדובר בהפחתה כללית בטיסות, כמו גם במזעור תהליכים טכנולוגיים המובילים לסתימת מסלולים ברמות שונות. שנית, אנחנו יכולים לדבר על אופטימיזציה מבנית של כלי רכב עם הפחתת חלקים שעלולים להפוך לפסולת חלל. תשומת לב מיוחדת במערכות בקרת חלל כיום מוקדשת לזיהום בחומרים רדיואקטיביים. זה נוגע למזעור מוצרי הפליטה של המנוע עד למעבר למשאבי דלק חדשים ביסודו.
סיכויים למאבק נגד פסולת בחלל הקרוב
עבודה אקטיבית להסדרת פעילויות החלל ברמה העולמית נותנת בסיס לאופטימיות בהערכת התפתחות המצב בעתיד. יחס זהיר לניקיון סביבות מסלול נכלל במושגים של תוכניות אסטרטגיות של המדינות הגדולות ביותר, התורמותהתרומה הגדולה ביותר למאבק בפסולת בחלל. ניקוי ופינוי של חלקיקים קטנים וגדולים למסלולי מצולע הוא אחד התחומים המרכזיים בניקוי החלל מזיהום מעשה ידי אדם, אך אין עדיין שיטות יעילות ליישום תפיסה זו. זוהי משימה קשה מבחינה טכנולוגית, ולכן הדגש העיקרי כרגע הוא עדיין על דרכים לייעל את הפעילויות האנושיות בחלל.
מסקנה
אחת הדרכים הרדיקליות לפתור בעיות של פסולת חלל היא להפסיק לחלוטין את שיגור תחנות מסלול ולוויינים עד שיופיעו אמצעים חדשים ומשתלמים יותר לניקוי הסביבה הקרובה לכדור הארץ. אבל הכיוון הזה הוא גם אוטופי בשל מספר סיבות כלכליות וטכנולוגיות. עם זאת, ישנם תנאים מוקדמים לשינוי המצב לטובה. גם אם מסתכלים כמה עשורים לאחור, אפשר להבחין בשינויים מהותיים ביחס של האדם עצמו לבעיה זו. לכן, אם במהלך פעולת תחנת החלל מיר, הנוהג המקובל היה שחרור ישיר של מוצרי הפסולת של הצוות, אז היום זה בלתי אפשרי לדמיין. יותר ויותר חוקים מחמירים מווסתים את תהליכי השהות בחלל החיצון. מעידות על כך גם אמנות בינלאומיות, לפיהן מדינות המשתתפות בפעילויות חלל מחויבות לדבוק בעקרונות של צמצום ההשפעה השלילית על המצב האקולוגי בסביבה הקרובה לכדור הארץ.
