Глава 2. Безопасность и стабильность

Содержание

Вступление

Сегодня население Земли стремительно растет, поэтому проблема безопасного хранения и переработки отходов становится все более важной. Для анализа проблемы опасности отходов их следует разделять на органические и неорганические [1].

Органические отходы

Органические отходы включают в себя домашний мусор, отходы жизнедеятельности человека и животных, сельскохозяйственные отходы и промышленные органические отходы. Существует несколько способов утилизации органических отходов и среди них есть множество экологически относительно безвредных. Поскольку многие из них относительно дешевы, но при этом обладают высокой эффективностью, они используются даже в развивающихся странах. Органические отходы практически не загрязняют Землю вследствие простоты их утилизации.

Неорганические отходы

Сейчас практически не существует способов безопасной утилизации неорганических отходов. Пластики и нефтепродукты, которые составляют значительную часть неорганических отходов, очень опасны для окружающей среды, если оставить их без внимания. Существуют также и еще более опасные виды неорганических отходов – токсичные, канцерогенные радиоактивные. Так как мы не можем безопасно утилизировать эти отходы, Земля загрязняется все больше и больше.

В перспективе дальнейшего развития человечества и освоения околоземного космического пространства, идея хранения опасных отходов за пределами нашей планеты может стать хорошим решением проблемы экологического загрязнения Земли. Однако нам следует быть осторожными, чтобы не загрязнить орбиту Земли, Солнечную систему, галактику Млечный Путь и Вселенную в целом.

Идея

Рис. 1. Точки Лагранжа в системе Земля – Луна

Идеей моего проекта является размещение хранилища отходов в точках Лагранжа системы Земля – Луна. Точки Лагранжа (точки либрации) – это такие 5 позиций в системе двух тел (Рис. 1), где тело пренебрежимо малой массы, на которое не действуют никакие другие силы, кроме гравитационных, может оставаться неподвижным во вращающейся системе отсчёта, связанной с массивными телами. В точках Лагранжа гравитационные силы, действующие на тело, компенсируются центробежной силой [2].

Задачи

Основной задачей моей работы является рассмотрение следующих проблем возможного орбитального хранилища отходов:

· Существующие проекты использования точек Лагранжа

· Безопасность и стабильность хранилища

· Суммарный экологический вред планете от перевозки отходов

· Стоимость постройки хранилища и транспортировки отходов на орбиту

Глава 1. Существующие проекты использования точек Лагранжа (анализ литературы)

Уже сегодня существует несколько проектов, которые планируют использование точек Лагранжа системы Земля – Луна [3].

Точка L₁ может стать идеальным местом для строительства космической пилотируемой орбитальной станции, которая, располагаясь на «полпути» между Землёй и Луной, позволила бы легко добраться до Луны с минимальными затратами топлива и стать ключевым узлом грузового потока между Землёй и нашим спутником.

Точка L₂ в системе Земля – Луна может быть использована для обеспечения спутниковой связи с объектами на обратной стороне Луны, а также быть удобным местом для размещения заправочной станции для обеспечения грузопотока между Землёй и Луной.

Следовательно, «свободны» только точки L₃, L₄, и L₅.

Глава 2. Безопасность и стабильность

Рис. 2. Космический мусор на орбите Земли

Уже сегодня орбита Земли серьезно загрязнена космическим мусором (Рис. 2). Под космическим мусором подразумеваются все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить никаким полезным целям, но являющиеся опасным фактором воздействия на функционирующие космические аппараты, особенно пилотируемые. В некоторых случаях, крупные или содержащие на борту опасные (ядерные, токсичные и т. п.) материалы объекты космического мусора могут представлять прямую опасность и для Земли [4].

Первой задачей, которую следует решить, является предотвращение распространения отходов за отведенные для хранения территории. Именно поэтому точки Лагранжа были выбраны как возможное место размещения хранилища. Точки Лагранжа обычно разделяют на две группы: L₁, L₂ и L₃ называют коллинеарными точками (так как они лежат на одной прямой), и точки L₄ и L₅, которые называют треугольными (так как они лежат в вершинах равносторонних треугольников, расположенных на орбите, и основанием которого является прямая, проведенная через центры больших тел)

Тела, помещённые в коллинеарных точках Лагранжа, находятся в неустойчивом равновесии. Например, если объект в точке L₁ слегка смещается вдоль прямой, соединяющей два массивных тела, сила, притягивающая его к тому телу, к которому оно приближается, увеличивается, а сила притяжения со стороны другого тела, наоборот, уменьшается. В результате объект будет всё больше удаляться от положения равновесия. Это делает коллинеарные точки нежелательными для размещения хранилища.

В отличие от коллинеарных точек Лагранжа, в треугольных точках обеспечивается стабильное равновесие, если отношение массы больших тел M₁/M₂ больше 24,96. Система Земля – Луна удовлетворяет этому условию. При смещении объекта, помещенного в эти точки, возникают силы Кориолиса, которые искривляют траекторию так, что объект начинает двигаться по устойчивой орбите вокруг точки либрации. К сожалению, в системе Земля – Луна проблема устойчивости сильно осложняется влиянием гравитационного притяжения Солнца. Однако в 2008 году было доказано, что точки L₄ и L₅ системы Земля – Луна останутся стабильными в течение более миллиарда лет (с учетом гравитационного влияния Солнца). Это делает треугольные точки Лагранжа хорошей позицией для хранилища [1].

Далее следует решить, какую массу можно считать незначительной для системы Земля – Луна (сколько именно отходов мы можем поместить на хранение в точках Лагранжа). Масса Луны составляет примерно 7∙10²² кг. Даже если считать, что пренебрежительно малая масса должна быть в миллиард раз меньше, она все равно будет составлять более 70 миллиардов тонн.