Городской открытый конкурс одаренных школьников и молодежи
«Юный исследователь»
Направление: Физика
Название работы
«Космический мусор» глобальная проблема современности
Автор работы
Сопов Константин Витальевич, 7 класс
МОУ «Гимназия №11»
Место выполнения работы
Г. Бийск
педагог-руководитель
Ведищева Наталья Геннадьевна,
учитель физики МОУ «Гимназия №11»
«Космический мусор» глобальная проблема современности
Сопов Константин Витальевич,
Россия г. Бийск МОУ «Гимназия №11», 7 класс
План исследования:
За годы, прошедшие со дня запуска первого искусственного спутника Земли, люди запустили в космос тысячи объектов. По данным, опубликованным Управлением ООН по вопросам космического пространства, в октябре 2009 года «Вокруг Земли вращается около 300 тысяч обломков мусора». Большая часть из них попадает на поверхность планеты, это различные детали ступеней ракет-носителей, ракетное топливо.
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. [1]
Цели исследования:
· показать «подводную часть космического айсберга»;
· рассказать о малоизвестных фактах космической деятельности человечества и проанализировать негативные стороны этой деятельности;
· выяснить, возможные пути решения проблемы утилизации «космического мусора», с точки зрения современных технологий.
Для достижения поставленных целей были определены следующие задачи:
а) найти предмет исследования;
б) выяснить, как в настоящее время решается вопрос о международном сотрудничестве стран, участвующих в освоении космоса, в плане утилизации «космического мусора»;
в) оценить, насколько экологически опасен «космический мусор», в том числе и для жителей Алтая.
В нашем мире все взаимосвязано, как человек зависит от космоса, так и космос зависит от человечества. Сейчас мы находимся на таком уровне технического прогресса, который позволяет нам выходить в открытый космос, с помощью космических аппаратов изучать все планеты Солнечной системы, их спутники, астероиды и кометы.
У космических исследований есть также и «обратная сторона»: запуски ракет, разрушение и падение фрагментов космических аппаратов приводят к серьезным экологическим проблемам на Земле и в космосе, полагаю, что исследование на тему: «“Космический мусор” глобальная проблема современности» весьма актуально.
Исследования проводились изучением научно-публицистической литературы, анализом периодических изданий, Интернет - источников.
«Космический мусор» глобальная проблема современности
Сопов Константин Витальевич,
Россия г. Бийск МОУ «Гимназия №11», 7 класс
В связи с бурным развитием ракетной техники и космонавтики на рубеже XX-ХХI веков, отставание специалистов и общества, в осознании опасности засорения Земли и космоса, превратилось в новую глобальную проблему. Сравнивать засорение Земли и космоса можно только до определённых пределов.
Есть мусор, который как бы самоуничтожается: пищевые отходы на Земле и низколетящие спутники в космосе. Есть и долгоживущий мусор: некоторые синтетические материалы на Земле и геостационарные объекты в космосе. Перечислить всё, что летает в космосе, невозможно: крышечка от объектива Алексея Леонова, теплоизоляционная перчатка Эдварда Уайта, отвёртка и десяток винтиков с «Челленджера». Но проблема становится зловещей, когда узнаёшь, что космический мусор в отличие от земного может «размножаться» [приложение 1].
Так, например, во время работы разгонных блоков на твёрдом топливе образуется огромное количество (до 50 и более квадриллионов, т.е. 1015) невидимых простым глазом частиц, которые составляют до 40% массы топлива. Каждая из них, ударив в космический аппарат, может сделать крошечный кратер или даже пробить отверстие диаметром 10–300 мкм. Более крупные частицы образуются при отслаивании краски теплозащитного покрытия. Через иллюминатор орбитальной станции невозможно определить истинные размеры этих горящих в лучах солнца пылинок, поскольку все они летят с сумасшедшими скоростями и при ударе они способны натворить много бед.
Расчетные данные показывают, что при скорости 10 км/с частицы диаметром 0,5 мм пробивают многослойный скафандр. На такой скорости осколки прошивают алюминиевые листы в 10 раз толще их диаметра. Но самое главное – почти невидимый рукотворный метеорит выбивает из мишени буквально облако частиц, в 200–1000 раз превосходящее его по массе. Таким образом, происходит нечто, напоминающее цепную реакцию: мусор лавинообразно размножается!
Пока спасает то, что все космические корабли во всех странах запускаются с запада на восток. Таким образом, вся эта круговерть идёт в одном направлении, и встречных соударений нет. Однако есть реальная угроза, что процесс загрязнения космоса станет лавинообразным и уже необратимым. Специалисты утверждают, что в этом случае человечеству будет закрыт путь в космос на несколько сотен лет.
Я думаю, что решение проблемы «космического мусора» затрагивает интересы всех стран, участвующих в освоении космоса, и возможно только в рамках тесного международного сотрудничества.
В настоящее время только две страны — Россия и США имеют возможность и отслеживают всё околоземное космическое пространство в плане техногенного засорения с опорой на свои национальные системы контроля космического пространства. Сегодня учтено около 8500 объектов, причём 95% – это самый настоящий мусор, металлический лом, отработавшие свой век спутники.
В целом у проблемы «космического мусора», как у всякой сложной и актуальной существует несколько измерений: научное, техническое, юридическое, экологическое и пр.
Для предотвращения засорения космического пространства необходима программа [1].
Техническая часть программы, по-видимому, должна состоять из трёх разделов.
В первый целесообразно включить работы по уточнению современного состояния и прогнозу дальнейшего засорения космоса с оценкой опасности столкновения пилотируемых и автоматических аппаратов (КА) с «космическим мусором». Для расширения каталогов регистрируемых фрагментов должны быть предусмотрены исследования по совершенствованию средств обнаружения, слежения за космическими объектами, а также методов измерений, обработки результатов и управления данными с использованием новейших ЭВМ.
Второй раздел программы должен быть посвящён предотвращению засорения космоса фрагментами ракетно-космической техники. В этом плане весьма перспективным представляется создание уникальных космических платформ, каждая из которых сможет заменить несколько специализированных спутников. Сократить увеличение числа осколков в космосе можно, исключив самопроизвольные и преднамеренные взрывы КА на орбите.
Третий раздел программы – это исследование способов и средств очистки околоземного пространства от космического мусора. В качестве средств поиска и захвата пассивных космических объектов могут рассматриваться многоразовые орбитальные корабли типа «Буран» и «Шаттл» и межорбитальные буксиры, оснащённые роботами-манипуляторами. Возвращение объектов на Землю возможно в грузовом отсеке орбитального корабля или путём автономного спуска в заданный район после торможения с помощью буксира.
Более сложной задачей является, сбор и удаление из космоса мелких частиц «космического мусора». Вполне возможно, что в недалёком будущем придётся стартовать «космическим дворникам» или «космическим пылесосам», которые будут собирать и спускать весь этот мусор на более низкие орбиты, или на Землю, либо отправлять его на более высокие для «захоронения» на многие годы.
Последний вариант мне не нравится, поскольку мы просто перекладываем решение проблем на потомков. Кроме того, чтобы перевести спутник на 100 м повыше, надо затратить, сколько энергии, сколько требуется орбитальной станции на месяц работы, я думаю, что это экономически невыгодно.
На сегодняшний день, известен ряд проектов решения этой задачи: образование на пути мелких осколков большого пенного шара, для поглощения кинетической энергии частиц, после чего они теряют высоту и входят в плотные слои атмосферы; облучение мелких фрагментов лазером или нейтральными частицами с целью ускорения их схода с орбиты.
В Советском Союзе засоренностью космоса начали заниматься в 1985 году в Министерстве обороны и в Академии наук страны. Уже в 1990 году были получены первые практические оценки, а в 1992 году впервые в стране был создан проект стандартных исходных данных (СИД) для обеспечения работ по созданию космических орбитальных средств.
В 1995 г. приказом генерального директора Российского космического агентства Ю.Н.Коптева образован и работает Проблемный совет № 6, который как раз и занимается вопросами экологической безопасности, а также всеми вопросами, связанными с «космическим мусором».
В июле 2000 г. вступил в силу стандарт «Росавиакосмоса» и называется – «Общие требования по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства».
Под Москвой, на «Медвежьих озёрах», модернизируется 64-метровая антенна, она будет следить за всеми «кувырканиями мусора» в районе геостационарных орбит. В ближайшее время они будут осваиваться особенно интенсивно: с 2005 г. на них работают около, тысячи спутников. Подобные наблюдения уже ведутся Зеленчукской оптической станцией.
В России разработана бортовая аппаратура для космических аппаратов на основе различных датчиков, она будет фиксировать удары частиц массой от долей грамма при скоростях от единиц до десятков километров в секунду. Датчики лишь сообщают об ударах, но не дают защиты. Также разработана экранная защита модулей МКС.
Выяснилось, что при сравнительно небольших массах (10–20 кг) можно создать систему срочного определения места пробоя.
Учёные Института медико-биологических проблем пытаются разработать способы уничтожения мусора с помощью микробов на борту корабля. А почему не заставить микробы расщеплять отходы? Газ метан, выделяемый при «работе» бактерий, может стать компонентом ракетного топлива. В НПО «Энергомаш» разрабатывают модификации двигателя, работающего как раз на «микробном газе». Раньше «вёдра» с отходами с «Салютов» просто спускали в открытый космос, потом поняли – орбиты засорять опасно.
Теперь мусор собирают и помещают в «Прогресс» – и он сгорает в атмосфере.
Интенсивная ракетно-космическая деятельность на территории России в последние годы породила огромное количество проблем и стала привлекать внимание не только специалистов, но и широких слоев населения. Космические трассы запуска ракет с космодрома "Байконур" проходят над Алтаем с 1959 года. «Космический мусор» выпадает в высокогорных Улаганском и Турочакском районах. Одним из мест падения также является Алтайский государственный заповедник. Это уникальная экосистема с огромным биологическим разнообразием и множеством видов живой природы, занесенных в Красную книгу. В настоящее время администрация добивается того, чтобы ему был присвоен статус биосферного заповедника. Однако решение этого вопроса осложняется тем обстоятельством, что на его территории находится полигон для падения частей отделяющихся конструкций вторых ступеней тяжелых ракетных систем, запускаемых с космодрома «Байконур».
За это время на территорию Горного Алтая из космоса упало 618 ракетных ступеней, в каждой из которых оставалось до 800 кг высокотоксичного ракетного топлива НДМГ (гептила).
Всемирной организацией здравоохранения НДМГ внесен в список особо опасных химических соединений. Гептил оказывает на организм человека общетоксическое и кожнораздражающее действие. Он может поступать в организм через органы дыхания, кожный покров, желудочно-кишечный тракт. В организме гептил распределяется равномерно, поражая печень, центральную нервную, сердечно-сосудистую и кроветворную системы[2].
Неоднократно в печати поднималась проблема алтайского феномена — «желтые дети», рождение которых связывают с токсическим воздействием гептила на беременных женщин. В 1989 году Тальменский и Локтевский районы приобрели печальную известность в связи с рождением, так называемых, «желтых детей». С 1990 года заболевание стали регистрировать и в других районах Алтая [3].
К настоящему времени на Алтае собрано и утилизировано 15 тонн «космического мусора». Работы по сбору ведет в Горном Алтае предприятие "Зонт". Особое внимание уделяется очистке прибрежной зоны уникального Телецкого озера [приложение 2]. Россавиакосмос взял на себя обязательства по финансированию работ по очистке территорий. На сегодняшний день удалось собрать незначительное количество мусора, из-за недостаточного финансирования. К тому же, местные жители привыкли использовать части корпусов ракет-носителей в домашнем хозяйстве [приложение 2].
Всего, по оценкам экологов, на территории Горного Алтая скопилось около 2 тыс. тонн фрагментов ракет-носителей. Неудивительно, что «железяками» из космоса оказались, замусорены огромные территории.
Широкомасштабные работы по оценке экологического состояния районов падения ракет начались в 1990 г. В основном исследования проводятся Российским научным центром прикладной химии, МГУ и Институтом биофизики с привлечением специалистов Военно-космических сил, Российских космических агентств. При падении бака остатки топлива рассеиваются в воздухе, образуя ядовитый смог, осаждающийся на землю по траектории движения первых и вторых ступеней ракет.
Таким образом, можно утверждать, что загрязнение огромных территорий с каждым новым запуском, является глобальной мировой проблемой.
Заключение
Международное сотрудничество по проблеме утилизации «космического мусора» должно базироваться на определённых основополагающих принципах:
1. Разработка правовых норм и положений должна быть направлена не столько на ограничительные меры по использованию ракетно-космической техники, сколько на её совершенствование с целью предотвращения дальнейшего засорения космоса.
2. Оснащение каждого объекта, выводимого на орбиту, средствами, обеспечивающими его увод в плотные слои атмосферы или перевод на орбиты «захоронения», установленные международным соглашением. Полное исключение возможности взрыва объекта на орбите.
3. Систематический обмен информацией между странами, эксплуатирующими ракетно-космическую технику, по всем вопросам, связанным с засорением космоса, в том числе:
– по проектным, конструкторским, технологическим решениям и эксплуатационным мерам, принимаемым в целях уменьшения засорения космоса;
– по фактическому и прогнозируемому состоянию орбит на основании данных слежения и результатов моделирования;
– по результатам исследований о воздействии орбитальных осколков на КА и средствам защиты КА от воздействия осколков.
4. Координация усилий международного сообщества в области уменьшения засорения околоземного пространства через Комитет ООН по мирному использованию космоса [1].
Собрав огромное количество информации из книг и интернета, проанализировав и обобщив её, хотелось бы наметить пути решения проблемы, я предлагаю:
– обеспечить достаточное финансирование (создание специальных служб, повышение квалификации кадров);
– создать научный центр, способный установить связи с другими странами;
– разработать законодательную и нормативно-правовую базы, в частности, международный устав по использованию космического пространства;
– продолжить разработку здоровьесберегающих технологий утилизации «космического мусора»;
– привлечь специалистов смежных профессий (медиков, экологов) для научного обоснования международного устава.
Я считаю, что единственным достижением в решении экологических вопросов, связанных с ракетно-космической деятельностью, за последние годы является информационный прорыв. Проблемы экологической опасности ракетно-космической деятельности были вскрыты и широко опубликованы в СМИ. Несмотря на явное и скрытое противодействие со стороны корпораций и государственных органов, эта информация стала достоянием не только ученых и специалистов, но и широких общественных кругов, населения, проживающего на территориях, подверженных негативному воздействию ракетно-космической деятельности.
По мнению А. Яблокова — президента Центра экологической политики, экологические сведения являются открытыми, и их нельзя засекречивать. Это закреплено в статье 7 закона «О государственной тайне», об этом говорится в статье 10 закона «Об информации, информатизации и защите информации»[4].
Литература
1. Википедия-свободная энциклопедия/https://ru.wikipedia.org/
2. Маринин, И. Влияет ли ракетная техника на здоровье алтайцев?/ И. Маринин // Новости космонавтики. — 2001. — №11 // https://www.novosti-kosmonavtiki. ru/content/numbers/226/34.shtml
3. Шойхет, Я.Н. Заболеваемость населения территорий, прилегающих к районам падения отделяющихся частей ракет-носителей / Я.Н. Шойхет, В.Б. Колядо, И.Б. Колядо, С.В. Богданов, С.Н. Дикарев, Г.Я. Евлашевский. — Барнаул. — 2005. — 188с.
4. Яблоков, А.В. Экологическая информация и государственная тайна/ А.В. Яблоков // Выступление на конференции «Экология, государственные тайны и права человека в России на стыке тысячелетий» 2-3 марта 2002, Санкт-Петербург//https://www.svobodainfo.org/info/printdoc?nd=458200819 &nh=1&s sect БЮЛЛЕТЕНЬ СО РАМН, №1 (119), 2006 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
| Солнечная батарея станции «Мир» получила значительные повреждения от космического мусора. Октябрь 1997 г. (Фото NASA.) |
| Компьютерное изображение Земли с космическим мусором вокруг неё |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
| «Космический мусор» в Телецком озере |
| Местных жителей не удивишь |
| Обломки космических аппаратов в алтайской тайге |
| Отработанная ступень ракетоносителя |
