Kā zemās zemes orbīta pārvēršas par atkritumu kaudzi

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Cilvēka atkritumu taka jau sen ir stiepusies ārpus planētas, tālu kosmosā. Kamēr aktīvisti un politiķi spriež, ko darīt ar sadzīves atkritumiem uz Zemes, orbītās uzkrājas tonnām izlietotas tehnikas.

Izdomāsim, no kā veidotas kosmosa izgāztuves, kur tās atrodas un vai mums uz galvas var uzkrist "debešķīgi" gruži (spoileris: tas jau ir noticis).

Kādas miskastes lido kosmosā

Kosmosa laikmets sākās ar pirmā mākslīgā pavadoņa palaišanu 1957. gadā. Kopš tā laika cilvēce ir palaidusi daudzas raķetes un nostādījusi orbītā gandrīz 11 000 satelītu. Pēdējos gados kosmosa misiju skaits ir krasi pieaudzis. Tagad zemei tuvo kosmosu pēta ne tikai valstis - biznesā ir iesaistījušies privāti uzņēmumi un bezpeļņas organizācijas. Pieaug slodze uz orbītām.

Kā mainījās objektu skaits zemei tuvajā telpā

Tomēr satelīti, tāpat kā jebkura cita tehnika, sabojājas un noveco. Tās tiek aizstātas ar jaunām ierīcēm, un sabojājušās ierīces ir spiestas izdzīvot savu dzīvi orbītā metāllūžņu veidā. Mūsu planētas tuvākajā un tālākajā apkārtnē ir parādījušās "izgāztuves".

Visi neekspluatējamie tehniskie objekti un to fragmenti tiek klasificēti kā kosmosa atlūzas. Lielāko daļu no tā iztērē raķešu posmi, veci pavadoņi un to fragmenti. Neskatoties uz nepārtrauktu jaunu ierīču palaišanu, darba satelīti orbītā ir daudz mazāk nekā "atkritumi". Saskaņā ar Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) aplēsēm Zemei tuvajā telpā atrodas 128 miljoni sīku atlūzu, kuru izmērs nepārsniedz centimetru, 900 tūkstoši fragmentu no 1 līdz 10 cm un 34 tūkstoši - vairāk nekā 10 cm Salīdzinājumam: darbojas tikai 3 satelīti, 9 tūkst.

Visaktīvāk cilvēce izmanto zemo Zemes orbītu (200-2000 km virs jūras līmeņa). Šī kosmosa daļa ir "visblīvāk apdzīvotā" un tajā pašā laikā "netīrākā". 650-1000 km augstumā atrodas pirmā "izgāztuve" - šeit "dzīvo" veci transportlīdzekļi, dažāda izmēra gruveši un militārie pavadoņi ar kodolinstalācijām. Šādi augstumi potenciāli bīstamu priekšmetu glabāšanai nav izvēlēti nejauši: tie tur var atrasties apmēram divus tūkstošus gadu. Otra oficiālā "izmēģinājumu vieta" atrodas aptuveni 36 tūkstošu km augstumā - tur tiek nosūtīti visi satelīti, kas apkalpojuši no ģeostacionārās orbītas.

Taču kosmosa atlūzas "lido" ne tikai tām īpaši ierādītās vietās. Sadursme ar atkritumiem zemei tuvajā telpā var notikt jebkur, jo ir gandrīz neiespējami paredzēt sīko daļiņu kustību. Taču no lieliem fragmentiem tiešām ir iespējams izvairīties – lielāko daļu no tiem novēro pasaules kosmosa aģentūras. Ja tuvākajos gados tādi uzņēmumi kā SpaceX, OneWeb un Amazon izvietos virs Zemes tūkstošiem sakaru satelītu, speciālistiem būs daudz rūpīgāk jāuzrauga kustība orbītās, lai izvairītos no negadījumiem.

Kurš seko līdzi atkritumiem kosmosā

Saskaņā ar ESA datiem, kosmosa novērošanas tīkli regulāri izseko tikai 28 000 īpaši lielu gruvešu. ASV Kosmosa novērošanas tīkls ir viens no vadošajiem kosmosa atlūzu trajektorijas analīzes pakalpojumiem. Speciālisti glabā katalogu, kurā tiek ievesti objekti, kas ir lielāki par 5-10 centimetriem no zemās Zemes orbītas un gruveši, sākot no 30 centimetriem, kas atrodas netālu no ģeostacionāra.

Amerikas Savienotajās Valstīs ir arī citi centri, kas vāc un apstrādā datus ne tikai par "atkritumiem", bet arī par darba ierīcēm. Viņu ģeogrāfiskās atrašanās vietas ir publicētas publiskajā domēnā Space Track resursā, un no 18. kosmosa kontroles eskadras Twitter varat uzzināt par noteiktu transportlīdzekļu iznīcināšanu. Pamatojoties uz šo informāciju, tika izveidota tiešsaistes karte Stuff in Space, kas reāllaikā parāda satelītu atrašanās vietu (sarkani punkti), raķešu ķermeņus (zili) un kosmosa atkritumus (pelēks). Karte tiek atjaunināta katru dienu un skaidri parāda ciešo "attiecību" starp strādājošām ierīcēm un "atkritumiem".

Arī Eiropas valstis, Krievija un Ķīna novēro kustību pa kosmosa "sliedēm", izmantojot teleskopus vai ģeostacionāros radarus. Sadursmes orbītā notiek reti, pateicoties pakalpojumiem, kas aprēķina avāriju iespējamību.

No kurienes nāk kosmosa atkritumi?

Neskatoties uz to, ka sadursmes kosmosā notiek reti, tās nopietni ietekmē "debesu izgāztuvju" pieaugumu. Viena no nopietnākajām kosmosa negadījumiem notika 2009.gadā: amerikāņu sakaru pavadonis Iridium un nedarbojošais Krievijas militārais aparāts "Kosmos-2251" nevarēja izklīst. Viņu "tikšanās" rezultātā izveidojās liels mazu gružu mākonis un vairāk nekā 1,5 tūkstoši lielu fragmentu, kas līdz pat šai dienai ir saglabājušies Zemes tuvumā.

Par galveno kosmosa atlūzu veidošanās iemeslu pētnieki dēvē sprādzienus. Visbiežāk tie rodas degvielas noplūdes vai uzkaršanas dēļ, kas paliek jau izlietoto augšējo posmu, raķešu un satelītu pēdējo posmu tvertnēs. Iekārtas eksplodē konstrukcijas trūkumu vai skarbās kosmosa vides ietekmes dēļ. Piemēram, 2018.gadā orbītā avarēja Krievijas un Amerikas augšējie posmi "Fregat" un "Centaur", 2012.gadā mūsu "Briz-M" tika izkaisīts fragmentos. 2021. gada martā eksplodēja vecs ASV meteoroloģiskais pavadonis, un pirms gada padomju raķetes Cyclone-3 posms, kas Zemei tuvajā kosmosā atradās 29 gadus, pārvērtās par 75 dreifējošiem fragmentiem.

Pretsatelītu ieroču testi atstāj lielu gružu pēdu. 2007. gadā Ķīna iznīcināja pati savu Fengyun-1C ar vidēja darbības rādiusa raķeti 865 km augstumā. Veidoja apmēram 3, 5 tūkstošus lielu objektu un neskaitāmu skaitu fragmentu līdz 5 centimetriem. 2019. gadā Indija arī raidīja raķeti uz savu satelītu - aptuveni 400 gružu, kas izkaisīti orbītās diapazonā no 200 līdz 1600 km.

ESA speciālisti analizēja vairāk nekā 560 ierīču iznīcināšanas gadījumus. Kā viņi atzīmē, ir arī citi iemesli, kāpēc orbītās veidojas kosmosa atlūzas. Bieži vien dažas tā daļas tiek atvienotas no aparāta, tās tiek iznīcinātas struktūras nepilnību dēļ vai sabojājas, mijiedarbojoties ar Zemes atmosfēru.

Kosmosa kuģu iznīcināšanas iemesli

2020. gadā RS Components speciālisti analizēja, kura no kosmosa lielvalstīm piegružo telpu spēcīgāk nekā citas. Izrādījās, ka lielākā daļa šodien izsekoto vraku pieder Krievijai un NVS valstīm - 14 403 lauskas. Otrajā vietā ir ASV (8734), trešajā - Ķīna (4688).

Kāpēc kosmosa izgāztuves ir bīstamas

Mūsdienu satelīti ir aprīkoti ar aizsardzību pret mikrometeorītiem un kosmosa atkritumiem, taču "bruņas" ne vienmēr glābj. Sprādziena radītās atlūzas turpina kustēties sākotnējā ātrumā. Tā kā kosmosā nav jūtama berzes spēka un nedarbojas ierastā gravitācija, tie praktiski nepalēninās.

Viņu ātrums var sasniegt 8-10 km / s, kas ir gandrīz septiņas reizes ātrāk nekā lode. Lēnāko fragmentu sitieni var būt arī nāvējoši. Gabali, kuru izmērs pārsniedz 10 cm, spēj pilnībā iznīcināt lidmašīnas. Sadursmes ar fragmentiem, kas lielāki par 1 cm, izjauc kosmosa kuģa darbību vai izraisa nestrādājošu objektu sprādzienus. Milimetru daļiņas vairumā gadījumu atstāj uz korpusiem plaisas un šķembas.

2016. gadā niecīga putekļu plankuma izmēra gruve uz ISS loga stikla atstāja 7 mm iespiedumu. Sadursmes ar jebkādiem atlūzu fragmentiem ir bīstamas kosmosa stacijai, jo tā pārvietojas orbītā ar ātrumu vairāk nekā 7,6 km/s. ISS regulāri veic izvairīšanās manevrus un koriģē savu orbītu: pretmeteorītu paneļi nespēj aizsargāt apkalpi sadursmē ar lieliem gružiem. Dažkārt kosmonauti ir spiesti evakuēties no stacijas un nogaidīt brīdi, kad Sojuz kosmosa kuģī tuvojas bīstamas kosmosa atkritumi, lai nepieciešamības gadījumā ātri pamestu “grimstošo kuģi”.

Lielākā daļa kosmosa kuģu manevru tiek veikti, lai izvairītos no "satikšanās" ar atkritumiem. Šīs darbības ir dārgas. Eksperti pavada stundas, aprēķinot riskus un plānojot jaunu trajektoriju. Manevra brīdī tiek patērēta degviela, kas jāņem līdzi "rezervē", un ierīces "stāv dīkstāvē" - tās nepārraida pētniekiem nepieciešamos datus.

Uz Zemes esošajiem kosmosa atkritumi nopietnus draudus nerada. Mazām ierīcēm izdodas sadegt atmosfērā, savukārt lielas izlietotās raķešu vai satelītu daļas, kā likums, pa noteiktu trajektoriju tiek nolaistas Klusajā okeānā vai neapdzīvotās teritorijās Kazahstānā. Tikai vienu reizi cilvēka radītas kosmosa atlūzas trāpīja cilvēkam. 1997. gadā amerikāņu nesējraķetes Delta II vraks uzkrita Oklahomas iedzīvotājai Lotijai Viljamsai. Meitene bija vīlusies, uzzinot, ka uz pleca uzkritis nevis zvaigznes gabals, bet gan degvielas tvertnes fragments.

NASA zinātniskais konsultants Donalds Keslers 1978. gadā izteica nepatīkamu prognozi. Pēc tam viņa aprakstīto fenomenu sauca par "Keslera sindromu". Pēc astrofiziķa domām, kādu dienu "atkritumu" koncentrācija kosmosā pieaugs tik daudz, ka avāriju skaits sāks nekontrolējami augt. Atlūzas ietrieksies lidmašīnās, un tās tiks saplēstas gabalos un "uzbruks" citiem objektiem. Metāllūžņu kaudzes padarīs apakšējās orbītas nelietojamas, un ap Zemi parādīsies atkritumu josta, kas atgādinās Saturna gredzenus. Daži eksperti uzskata, ka cilvēka radīto objektu kritiskā koncentrācija orbītā jau ir sasniegta.