Η διαδικασία της εξερεύνησης του διαστήματος, που ξεκίνησε ουσιαστικά στα μέσα του 20ου αιώνα, παρουσιάζεται συνήθως με θετική πλευρά ως ένα νέο στάδιο στην ανάπτυξη της επιστημονικής και τεχνολογικής γνώσης. Ωστόσο, ήδη μετά την εκτόξευση του πρώτου δορυφόρου, ξεκίνησε παράλληλα μια εντελώς διαφορετική αρνητική διαδικασία, που σχετίζεται με το φράξιμο των τροχιών κοντά στη Γη. Τα ανθρωπογενή συντρίμμια στο διάστημα αποτελούν μια σειρά από απειλές τόσο για τα διαστημόπλοια όσο και για τη Γη.
Πηγές διαστημικών συντριμμιών
Τα σκουπίδια σε αυτήν την περίπτωση αναφέρονται σε παράγωγα ανθρωπογενούς φύσης, τα οποία είναι πολύ διαφορετικά, αλλά συνδέονται με άμεση ανθρώπινη δραστηριότητα. Για παράδειγμα, τα φυσικά μετεωροειδή δεν αποτελούν απειλή, σε αντίθεση με τα ανθρωπογενή απόβλητα, τα οποία αποτελούν απειλές λόγω της μακράς παραμονής τους σε χαμηλή τροχιά της Γης.
Λοιπόν, από πού προέρχονται τα επικίνδυνα συντρίμμια στο διάστημα; Το μεγαλύτερο μέρος είναιπου παράγονται κατά τις εκτοξεύσεις δορυφόρων και εκτοξεύσεις άλλων οχημάτων σε τροχιά. Σε τέτοιες διαδικασίες εμπλέκονται απαραίτητα συνοδευτικά επανδρωμένα ή αυτόματα πλοία, τα οποία αφήνουν πίσω τους τεχνικά αντικείμενα και αναλώσιμα. Η πιο επικίνδυνη πηγή ρύπανσης αυτού του είδους είναι η καταστροφή δορυφόρων και πλοίων σε τροχιά, με αποτέλεσμα ο μη διαχειριζόμενος εξοπλισμός και τα δομικά μέρη των αεροσκαφών να παραμένουν στο διάστημα. Από μόνα τους, τα θραύσματα μετά από συντριβές εξοπλισμού ή στη διαδικασία της προγραμματισμένης απελευθέρωσης απορριμμάτων δεν αποτελούν σοβαρή απειλή σε έναν μόνο αριθμό. Ωστόσο, με τη μακροχρόνια συσσώρευση, σχηματίζονται μεγάλα αντικείμενα, συχνά με υψηλό ραδιενεργό δυναμικό, γεγονός που καθιστά δύσκολη την καταστροφή τους.
Σημαντικό ρόλο στις διαδικασίες σχηματισμού επικίνδυνων συντριμμιών παίζει η επίδραση της «ηλικιακής» υποβάθμισης των συντριμμιών από διαστημικά αντικείμενα σε ένα επιθετικό περιβάλλον. Οι ίδιες συσσωρεύσεις συντριμμιών επηρεάζονται αρνητικά από την κοσμική σκόνη, την ακτινοβολία, τις ακραίες θερμοκρασίες, την οξείδωση του οξυγόνου κ.λπ. Επομένως, δεν πρέπει να αντιμετωπίσουμε μόνο φυσικά στοιχεία που αποτελούν κίνδυνο σύγκρουσης, αλλά και ανεξέλεγκτα και εκρηκτικά υλικά που αυξάνουν τον κίνδυνο των καταστροφών.
Παρακολούθηση διαστημικών συντριμμιών
Οι υπάρχοντες κίνδυνοι που σχετίζονται με την παρουσία διαστημικών απορριμμάτων απαιτούν επίσης συνεχή έρευνα σε τροχιές κοντά στη Γη. Ειδικές συσκευές σαρώνουν τα ανθρωπογενή απόβλητα σύμφωνα με διάφορα χαρακτηριστικά, όπως μέγεθος, μάζα, σχήμα, ταχύτητα,τροχιά, σύνθεση κ.λπ. Ανάλογα με την απόσταση από τη Γη, χρησιμοποιείται συγκεκριμένος εξοπλισμός. Για παράδειγμα, η χαμηλή τροχιά της Γης του συστήματος LEO καλύπτει συμβατικά μια απόσταση από 100 έως 2000 km. Σε αυτό το φάσμα λειτουργούν ραδιομηχανικές, ραντάρ, οπτικές, οπτοηλεκτρονικές, λέιζερ και άλλες συσκευές για την παρατήρηση διαστημικών συντριμμιών. Παράλληλα, αναπτύσσονται ειδικοί αλγόριθμοι για την ανάλυση των πληροφοριών που λαμβάνονται σε αυτές τις συσκευές. Για να συνδυαστεί ένα σύνολο κατακερματισμένων δεδομένων, χρησιμοποιούνται πολύπλοκα μαθηματικά υπολογιστικά μοντέλα, τα οποία δίνουν μια σχετικά πλήρη εικόνα του τι συμβαίνει σε μια συγκεκριμένη περιοχή παρατήρησης.
Παρά τη χρήση μεθόδων παρακολούθησης υψηλής τεχνολογίας, εξακολουθούν να υπάρχουν προβλήματα με την παρακολούθηση μικρών σωματιδίων τόσο μικρών όσο λίγα χιλιοστά. Τέτοια θραύσματα μπορούν να μελετηθούν μόνο εν μέρει από αισθητήρες επί του σκάφους, αλλά αυτό δεν αρκεί για τη λήψη ολοκληρωμένων πληροφοριών, για παράδειγμα, σχετικά με τη χημική σύνθεση του αντικειμένου. Μία από τις κατευθύνσεις για την παρακολούθηση τέτοιων σωματιδίων είναι η λεγόμενη παθητική μέτρηση. Κάποτε, σύμφωνα με αυτή την αρχή, μελετήθηκαν τα στοιχεία του διαστημικού σταθμού Mir που επέστρεψαν στη Γη. Η ουσία αυτής της τεχνολογίας είναι η καταγραφή των επιπτώσεων των μελετημένων σωματιδίων στην επιφάνεια της συσκευής σε ανοιχτό χώρο. Στα εργαστήρια, αναλύθηκαν διάφοροι τύποι ζημιών, γεγονός που κατέστησε δυνατή τη λήψη πρόσθετων πληροφοριών σχετικά με τα διαστημικά συντρίμμια. Σήμερα, ομάδες κοσμοναυτών εργάζονται σε αυτό το μονοπάτι έρευνας απευθείας σε τροχιά, επιθεωρώντας τις επιφάνειες των διαστημικών σκαφών που λειτουργούν.
Κατανομή συντριμμιών στο διάστημα κοντά στη Γη
Η παρακολούθηση του διαστήματος υποδηλώνει ανομοιόμορφη κατανομή συντριμμιών διαφορετικών τύπων σε τροχιές. Τα μεγαλύτερα σμήνη παρατηρούνται στην περιοχή χαμηλής τροχιάς - συγκεκριμένα, σε σύγκριση με υψηλές τροχιές, η διαφορά στην πυκνότητα μπορεί να είναι χίλιες φορές. Ταυτόχρονα, υπάρχει μια σχέση μεταξύ της πυκνότητας των συστάδων και των μεγεθών των σωματιδίων. Η χωρική πυκνότητα των μεσαίου μεγέθους συντριμμιών είναι συνήθως χαμηλότερη σε υψηλές τροχιές παρά σε χαμηλές τροχιές σε μικρότερη αναλογία σε σύγκριση με τα χονδρόκοκκα στοιχεία.
Τα χαρακτηριστικά της κατανομής των διαστημικών απορριμμάτων γύρω από τη Γη επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες, μεταξύ των οποίων είναι τα χαρακτηριστικά προέλευσης. Για παράδειγμα, μικρά θραύσματα που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της καταστροφής τμημάτων του σταθμού ή δορυφόρων έχουν ασταθείς φορείς ταχύτητας. Όσον αφορά τα μεγάλα συντρίμμια, λόγω της υψηλής δυναμικής τους είναι σε θέση να φτάσει σε μεγάλα υψόμετρα έως και 20.000 km, και επίσης να εξαπλωθεί στον γεωστατικό δακτύλιο. Στο επίπεδο των 2000 km, υπάρχει μια ανομοιόμορφη κατανομή με σημεία πυκνότητας να αυξάνονται στα 1000 και στα 1500 km συγκεκριμένα. Παρεμπιπτόντως, η γεωστατική τροχιά είναι η πιο βουλωμένη και στην περιοχή της καταγράφεται υψηλή τάση ολίσθησης συντριμμιών.
Τάσεις ανάπτυξης διαστημικών συντριμμιών
Οι επιστήμονες του Διαστήματος ανησυχούν περισσότερο για πιθανές και όχι τρέχουσες απειλέςσυντρίμμια στις τροχιές της Γης. Αυτή τη στιγμή, οι μελέτες προτείνουν αύξηση του ποσοστού ρύπανσης κατά 4-5% ετησίως. Επιπλέον, ο ρόλος των εκτοξεύσεων διαστημικών σκαφών δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί αξιόπιστα ως προς την αύξηση του πληθυσμού των ξένων σωμάτων σε διαφορετικές τροχιές. Τα μεγάλα αντικείμενα επιδέχονται πρόβλεψης, αλλά, όπως έχει ήδη σημειωθεί, οι περιορισμένες πληροφορίες για μικρά συντρίμμια ακόμη και σε κοντινό διάστημα δεν μας επιτρέπουν να μιλάμε με υψηλό βαθμό αντικειμενικότητας για τα χαρακτηριστικά των μαζικών συντριμμιών. Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες κάνουν δύο σαφή συμπεράσματα σχετικά με τα μικρά συντρίμμια:
- Ο όγκος των μικρών σωματιδίων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της καταστροφής αυξάνεται σταθερά με την αύξηση του αριθμού των συγκρούσεων. Τόσο σε εργαστηριακές συνθήκες όσο και σε θεωρητικές μελέτες, αποδείχθηκε ότι μικρά θραύσματα αποτελούν σημαντικό ποσοστό στοιχείων που διαχωρίζονται από αντικείμενα καταστροφής.
- Πολύ μικρά σωματίδια με τη μορφή των ίδιων προϊόντων σύγκρουσης είναι πιο ευαίσθητα στις αρνητικές επιπτώσεις των εξωτερικών δυνάμεων. Η επίδραση της υποβάθμισης όταν τα συντρίμμια βρίσκονται σε επιθετικές συνθήκες για μεγάλο χρονικό διάστημα μειώνει την πιθανότητα αξιόπιστης αξιολόγησης του μέλλοντος τέτοιων συσσωρεύσεων.
Προφανώς, τα προβλήματα εύρεσης συντριμμιών στο διάστημα θα επιδεινωθούν, γεγονός που απαιτεί τη λήψη κατάλληλων μέτρων. Αλλά ακόμη και με την πλήρη διακοπή των έργων που σχετίζονται με το διάστημα, η τροχιά της Γης θα συνεχίσει να φράσσεται ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης υφιστάμενων στοιχείων ρύπανσης με φυσικά σωματίδια. Με αδράνεια, αυτή η διαδικασία θα συνεχιστεί για τουλάχιστον άλλα 100χρόνια.
Τύποι επιπτώσεων της διαστημικής ρύπανσης
Οι πιο επικίνδυνες αρνητικές συνέπειες από την επίδραση των διαστημικών σκουπιδιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
- Οικολογική ζημιά στη Γη. Από μόνη της, η παρουσία τεχνογενών συντριμμιών εντός της τροχιάς κοντά στη Γη συνεπάγεται αλλαγή στο οικολογικό υπόβαθρο και παραβιάζει την αρχική καθαρότητα του περιβάλλοντος. Σύμφωνα με αστρονόμους-παρατηρητές, η διαδικασία μείωσης της διαφάνειας του διαστήματος κοντά στη Γη προχωρά ήδη, γεγονός που εξηγεί και την παρουσία παρεμβολών στη λειτουργία ραδιοεξοπλισμού. Απευθείας για τη Γη, μπορεί κανείς να σημειώσει τον κίνδυνο πτώσης εξαρτημάτων με υλικά καυσίμου που διασφαλίζουν τη λειτουργία των κινητήρων αεριωθουμένων.
- Συντρίμμια που πέφτουν στη Γη. Ακόμη και χωρίς ραδιενεργό αποτέλεσμα, η πτώση των ανθρωπογενών αποβλήτων από το κοντινό διάστημα μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικές συνέπειες. Μέχρι σήμερα, τα μεγαλύτερα προσγειωμένα αντικείμενα είχαν μάζα όχι μεγαλύτερη από 100 τόνους, αλλά αυτό δεν αποτελούσε σοβαρή απειλή για τον πλανήτη. Από την άλλη πλευρά, καθώς αυξάνεται η ένταση της παρεμπόδισης της τροχιάς της Γης, αυτό το σενάριο θα γίνεται όλο και πιο ζοφερό.
- Κίνδυνος σύγκρουσης στο διάστημα. Μην υποτιμάτε τις βλάβες των διαστημικών απορριμμάτων για τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται στην υποστήριξη πτήσης. Οι ίδιες επιπτώσεις μεγάλων και μικρών σωματιδίων μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές διαταραχές στη λειτουργία των συσκευών και τα μεγάλα ατυχήματα θέτουν σε κίνδυνο τις προοπτικές υλοποίησης δαπανηρών φιλόδοξων έργων.
Συστήματα εκτίμησης ζημιών από σύγκρουσησκουπίδια
Καταρχάς, η ήδη καθιερωμένη πρακτική της ανάλυσης των επιπτώσεων στην επιφάνεια του διαστημικού σκάφους εφαρμόζεται με εξωτερική εξέταση από τους ίδιους τους κοσμοναύτες. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα αποτελέσματα τέτοιων μελετών μπορούν να χρησιμοποιηθούν περαιτέρω για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των σκουπιδιών. Ωστόσο, οι πιο ακριβείς αναλυτικές πληροφορίες παρέχονται μόνο από εργαστηριακές δοκιμές στις οποίες τα υλικά-στόχοι επηρεάζονται τεχνητά. Μια απομίμηση μιας σύγκρουσης εξοπλισμού με συντρίμμια στο διάστημα πραγματοποιείται μέσω κρούσεων εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας. Περαιτέρω, μέσω υπολογιστή και ψηφιακής μοντελοποίησης, τα δεδομένα που λαμβάνονται υποβάλλονται σε επεξεργασία με ανάλυση των χαρακτηριστικών της ζημιάς και της μηχανικής της πρόσκρουσης στο αντικείμενο στόχο. Μεταξύ των κύριων δεικτών είναι ιδιότητες όπως η αντοχή, η διατήρηση της λειτουργικότητας, η επιβίωση μεμονωμένων εξαρτημάτων, ο βαθμός κατακερματισμού κ.λπ.
Προσδιορισμός του επιπέδου απειλής των διαστημικών συντριμμιών
Ακόμη και στα στάδια σχεδιασμού τροχιακών σταθμών και διαστημικών συμπλεγμάτων, λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα σύγκρουσης με διάφορα είδη συντριμμιών. Για τον υπολογισμό της βέλτιστης αξιοπιστίας σχεδιασμού, χρησιμοποιούνται δεδομένα σχετικά με το συγκεκριμένο περιβάλλον όπου θα χρησιμοποιηθεί η συσκευή. Ταυτόχρονα, η ανακρίβεια των πειραματικών και αναλυτικών μεθόδων για την αξιολόγηση των απειλών εξακολουθεί να αποτελεί σημαντικό πρόβλημα. Τα συντρίμμια στο διάστημα μπορούν να εξεταστούν μόνο σε έναν ορισμένο βαθμό υποθέσεων, γεγονός που καθιστά δύσκολο για τους σχεδιαστές να προετοιμάσουν σωστά τα οχήματα για συγκρούσεις υψηλής ταχύτητας. ΓιαΓια μια κατά προσέγγιση εκτίμηση της απειλής, χρησιμοποιείται η έννοια των γενικών ροών διαστημικών απορριμμάτων, τα οποία μπορεί δυνητικά να συναντηθούν στην πορεία του διαστημικού σκάφους. Εμφανίζονται περαιτέρω δεδομένα σχετικά με την πυκνότητα ροής, την ταχύτητα, τις γωνίες προσβολής και τον αριθμό των αναμενόμενων κρούσεων.
Τρόποι για να μειώσετε τις απειλές από συντρίμμια στο διάστημα
Το σχετικά χαμηλό επίπεδο παρακολούθησης και χαρακτηρισμού των διαστημικών απορριμμάτων με την πρόβλεψή του είναι μόνο ένα μέρος του προβλήματος. Στο παρόν στάδιο, οι ειδικοί αντιμετωπίζουν μια σειρά ζητημάτων που σχετίζονται με τη μείωση των κινδύνων από τις αρνητικές επιπτώσεις των ανθρωπογενών αποβλήτων στο διάστημα. Σήμερα εξετάζονται δύο κατευθύνσεις για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Πρώτον, πρόκειται για μια γενική μείωση των πτήσεων, καθώς και για την ελαχιστοποίηση των τεχνολογικών διεργασιών που οδηγούν σε απόφραξη τροχιών σε διαφορετικά επίπεδα. Δεύτερον, μπορούμε να μιλήσουμε για τη δομική βελτιστοποίηση των οχημάτων με τη μείωση των εξαρτημάτων που θα μπορούσαν ενδεχομένως να γίνουν διαστημικά σκουπίδια. Ιδιαίτερη προσοχή στα συστήματα ελέγχου του διαστήματος δίνεται σήμερα στη μόλυνση με ραδιενεργές ουσίες. Αυτό αφορά την ελαχιστοποίηση των προϊόντων εξάτμισης του κινητήρα μέχρι τη μετάβαση σε ριζικά νέους πόρους καυσίμου.
Προοπτικές για την καταπολέμηση των συντριμμιών στο κοντινό διάστημα
Η ενεργή εργασία για τη ρύθμιση των διαστημικών δραστηριοτήτων σε παγκόσμιο επίπεδο δίνει αφορμές για αισιοδοξία στην αξιολόγηση της εξέλιξης της κατάστασης στο μέλλον. Η προσεκτική στάση απέναντι στην καθαριότητα των τροχιακών περιβαλλόντων περιλαμβάνεται στις έννοιες των στρατηγικών προγραμμάτων των μεγαλύτερων κρατών, τα οποία συμβάλλουντη μεγαλύτερη συμβολή στην καταπολέμηση των συντριμμιών στο διάστημα. Ο καθαρισμός και η απομάκρυνση μικρών και μεγάλων σωματιδίων σε τροχιές πολυγώνων είναι ένας από τους βασικούς τομείς στον καθαρισμό του διαστήματος από την ανθρωπογενή ρύπανση, αλλά δεν υπάρχουν ακόμη αποτελεσματικές μέθοδοι για την εφαρμογή αυτής της ιδέας. Αυτό είναι ένα τεχνολογικά δύσκολο έργο, επομένως η κύρια έμφαση αυτή τη στιγμή εξακολουθεί να είναι στους τρόπους βελτιστοποίησης των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στο διάστημα.
Συμπέρασμα
Ένας από τους ριζοσπαστικούς τρόπους επίλυσης προβλημάτων διαστημικών σκουπιδιών είναι η πλήρης διακοπή της εκτόξευσης τροχιακών σταθμών και δορυφόρων έως ότου εμφανιστούν νέα και πιο οικονομικά μέσα για τον καθαρισμό του περιβάλλοντος κοντά στη Γη. Αλλά και αυτή η κατεύθυνση είναι ουτοπική για μια σειρά από οικονομικούς και τεχνολογικούς λόγους. Ωστόσο, υπάρχουν προϋποθέσεις για να αλλάξει η κατάσταση προς το καλύτερο. Ακόμα κι αν κοιτάξετε πίσω αρκετές δεκαετίες, μπορείτε να παρατηρήσετε θεμελιώδεις αλλαγές στη στάση του ίδιου του ατόμου σε αυτό το πρόβλημα. Αν, λοιπόν, κατά τη λειτουργία του διαστημικού σταθμού Mir, η συνήθης πρακτική ήταν η άμεση απελευθέρωση των απορριμμάτων του πληρώματος, τότε σήμερα αυτό είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς. Όλο και πιο αυστηροί κανόνες εισάγονται για τη ρύθμιση των διαδικασιών της ύπαρξης στο διάστημα. Αυτό αποδεικνύεται και από διεθνείς συμβάσεις, σύμφωνα με τις οποίες οι χώρες που συμμετέχουν σε διαστημικές δραστηριότητες υποχρεούνται να τηρούν τις αρχές της μείωσης των αρνητικών επιπτώσεων στην οικολογική κατάσταση στο περιβάλλον κοντά στη Γη.
