Экология и космос

24 июля 1996 года произошло  первое зарегистрированное столкновение  французского спутника «Церес» с обломками французской же ракеты-носителя «Ариан», которая уже несколько лет находилась в космосе.

10 февраля 2009 года в16:50 по Всемирному времени (UT) на высоте 790 км над Сибирью (72.51ºN/97.88ºE) столкнулись два спутника: неработающий «Космос-2251» (весом 892 кг) и действующий американский «Иридиум-33» (весом 661 кг). Скорость столкновения составила 11.6 км/сек. Поскольку высота 790 км лежит в районе высот наиболее популярных эксплуатируемых орбит, возникло много вопросов: как это могло случиться, какова опасность возникших фрагментов для других космических аппаратов, как избегать таких случаев, чтобы не возникало осложнений между государствами.

 В результате этого  столкновения образовалось порядка  500 фрагментов, отслеживаемых Службами  контроля космоса.

 С увеличением количества  спутников вероятность таких  событий будет неуклонно возрастать.

 Еще одна неконтролируемая  проблема засорения космического  пространства, появившаяся в последние  годы – увеличение микро- и наноспутников. На основе миниатюрных спутников строятся не только образовательные и коммерческие проекты. Появилась тенденция к созданию на их основе глобальных спутниковых систем различного назначения, в том числе и военного. Мини спутники имеют размеры от 10-20 см до 1 м, а вес – от сотен граммов до нескольких килограммов. Составными частями космического мусора эти спутники станут довольно быстро. А вот какая служба контроля космического пространства способна отследить каждый техногенный объект такого размера или предотвратить возможность столкновения с ним – пока неясно. Появление миниатюрных активных спутников значительно усложняет задачи контроля космоса. Избежать столкновения с фрагментами мусора такого размера можно лишь в том случае, если известны орбиты опасных объектов и самого космического аппарата с достаточной точностью.

 

6. Возможности наблюдения КМ.

 Наблюдаемость фрагментов  космического мусора обусловлена  разрешающей способностью специализированных  средств и систем.

 На низких орбитах  (400-1000 км) оптические телескопы не  могут полностью контролировать  пространство из-за некоторых  неблагоприятных обстоятельств:  наблюдения возможны только ночью,  но при этом спутник еще  должен быть освещен Солнцем,  Луна должна быть ущербной, а  еще лучше отсутствовать на  небе в ночи наблюдений. Поэтому  задачи обнаружения и каталогизации  спутников и крупных фрагментов  мусора на низких орбитах ложится  в основном на радиолокационные  средства. Эти средства отслеживают  фрагменты размером от 10 см. Но  радиолокация малоразмерных спутников  на более высоких орбитах требует  определенных усилий.

 Наблюдения объектов  на высоких орбитах выполняется  преимущественно оптическими средствами: объект дольше освещен Солнцем,  виден над горизонтом с большей  территории и погодные условия  становятся менее критичными. Возможности  радиолокационных средств, напротив, уменьшаются, т.к. для обзора  пространства на дальности в  десятки километров многократно  увеличиваются требования к энергетическим  параметрам радиолокационных станций.

Сеть оптических средств  обеспечивает в районе геостационарной  орбиты наблюдения объектов размером 30-50 см и крупнее. Однако для контроля малоразмерных объектов (10-20 см) потребуется  увеличение проницающей способности  телескопов на 2-3 звездные величины.

Радиолокационные средства тоже могут использоваться при изучении геостационарной орбиты. Они позволяют  измерять дальности, но лишь для тех  объектов, которые обнаружены оптическими  средствами и, следовательно, есть возможность  использовать целеуказания.

 Наиболее совершенные  радиолокационные станции используются  для проведения статистических  измерений количества техногенных  космических фрагментов. Фиксируются  все частицы КМ больше некоторого размера, определяемого чувствительностью данной РЛС, попавшие в облучаемую область пространства. На этой основе строятся математические модели распределения частиц КМ.

 В целом, всеми существующими  в мире средствами, на начало 2009 года обнаружено и каталогизировано  около 33500 объектов размером более  10 см, около 600 000объектов размером 1-10 см. При этом ежегодно обнаруживается 600-700 новых объектов.

 Количество микронных  пылинок или миллиметровых частиц  из шлака или окиси алюминия и пр. оценивается в десятки и сотни миллионов. Знания о метеорных и техногенных частицах, размерами менее чем в каталогах, обычно имеют статистическое происхождение. Все частицы любых размеров, находящиеся на высотах выше 500-600км, где пропадает эффект торможения атмосферы, существуют в космическом пространстве практически вечно. Наблюдения на орбитах с большими эксцентриситетами, проходящих через геостационарную орбиту, привели к открытию класса слабых по яркости объектов с большим отношением площади к массе. Возможно, что это куски термической обшивки спутников.

 Нет никаких других  механизмов естественной очистки  космического пространства от  космического мусора, кроме торможения  и последующего сгорания в  атмосфере.

 Максимальная концентрация  мусора наблюдается на высотах  800-1000 км и около 1400 км. Возможность  столкновений в этой области  давно предсказывалась экспертами.

 Каждый взрыв выбрасывает  в окрестность ГСО около тонны  КМ.

 В двадцатом веке  количество ежегодных запусков  достигало 100-120. В настоящее время  число запусков сократилось до 60-70 в год. Ежегодно фиксируется  4-5 взрывов в космосе.  По оценкам специалистов, если ситуация не изменится (не станет меньше запусков, не увеличится срок активной жизни спутников),  то в ближайшие 50-100 лет нас ожидает критическая ситуация.

 

7. Мониторинг околоземного космического пространства.

 Сегодня экспериментальная  экология околоземного пространства  делает свои первые шаги, она,  безусловно, будет развиваться дальше  в связи с ее огромным значением  для изучения и прогноза антропогенных  явлений в околоземном пространстве, для определения “экологических  границ” исследовательской и  производственной деятельности  в околоземной среде. Ближайшее  будущее позволит уточнить предмет,  методологию и принципы экспериментальной  экологии околоземного пространства.

 Рассматривая околоземное  космическое пространство” как  часть окружающей природной среды,  целесообразно распространить на  экологию этого пространства  основные представления и концепции,  которые были развиты в экологии  биосферы. В основе экологии природной  среды лежат наблюдения и контроль, или, как принято называть, мониторинг  антропогенных изменений состояния  окружающей среды .

 Согласно представлениям  о мониторинге природной среды,  развитым в работе , важнейшими задачами мониторинга являются наблюдение и контроль состояния природной среды с помощью существующих геофизических служб; оценка качества природной среды с помощью системы разработанных критериев антропогенных воздействий и выработка приоритетов для принятия эколого-экономических и социальных мер с целью обеспечения рационального природопользования; разработка научно обоснованного прогноза антропогенных воздействий на окружающую среду.

 Мониторинг базируется  на системе наблюдений и контроля  природной среды. Для контроля  загрязнении в нашей стране создана и функционирует Общегосударственная система наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды (ОГСНК).

 Все возрастающую роль  в комплексном мониторинге природной  среды играют дистанционные методы  исследований, наблюдения и контроля  с использованием космической  техники. 

 В рамках космического  мониторинга проводятся наблюдения  и контроль загрязнений и антропогенных  воздействий на биосферу, для  чего используются снимки, получаемые на борту орбитальных станций, и данные дистанционного зондирования земной поверхности и атмосферы Земли с бортов различных космических аппаратов. Космический мониторинг обладает рядом важных преимуществ по сравнению с другими методами наблюдения и контроля загрязнений природной среды, обеспечивая высокий уровень обобщения данных по загрязнению среды, глобальный охват антропогенных эффектов, оперативность получения информации по экологической ситуации в различных областях земного шара. Космический мониторинг существенно дополняет наземные, самолетные и корабельные средства наблюдений и контроля природной среды и позволяет объединить данные о состоянии окружающей среды на основе информации, полученной из космоса.

 Возвращаясь к проблемам  экологии околоземного космического  пространства, отметим, что целесообразно  для обозначения всего круга  вопросов, связанных с контролем  только антропогенных воздействий,  использовать термин "мониторинг" околоземного космического пространства. Этим подчеркивается отличие этого термина от определения космического мониторинга, смысл и назначение которого пояснены выше. По аналогии с рассмотренными ранее проблемами мониторинга биосферы задачи мониторинга околоземного космического пространства можно определить следующим образом: наблюдение и контроль изменений состояния околоземного пространства в результате антропогенных воздействий; выработка критериев антропогенных воздействий на это пространство и методов оценки качества состояния околоземной среды как части природной среды, разработка прогноза возможных последствий возрастающей антропогенной "нагрузки" на околоземное космическое пространство.

 Мониторинг околоземного  космического пространства должен  основываться на проведении регулярных  измерений и наблюдений наиболее  важных параметров, характеризующих  "качество" околоземной космической  среды и ее изменения в результате  антропогенных воздействий. При  этом сразу возникает вопрос: какие параметры надо измерять и с какими требованиями к пространственной и временной частоте измерений? Ведь контроль антропогенных факторов и явлений в околоземном космическом пространстве затруднен из-за значительной естественной изменчивости среды, неопределенности и многообразия источников и факторов естественного и антропогенного происхождения, влияющих на околоземное пространство.

 При этом необходимо  решить комплекс проблем, связанных  с разработкой методик и технических  средств контроля, подготовкой и  организацией систем наблюдений  и измерений. Основой контроля  околоземной космической среды  должны стать прямые и дистанционные  измерения параметров околоземного  космического пространства с  использованием аппаратуры, установленной  на космических аппаратах, поскольку  только космические средства  наблюдений могут обеспечить  глобальный и оперативный контроль  состояния околоземной среды  в естественных условиях и  при антропогенных воздействиях.

 С использованием критериев  антропогенных воздействий можно  будет определить возможные диапазоны  антропогенных изменений параметров  околоземного пространства. Совокупность  этих критериев, применяемых для  определения “качества” околоземной  среды как части природной  среды, вместе с данными прогноза  антропогенных воздействий на  околоземное космическое пространство  явится основой для экологоэкономических оценок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Рассмотренные выше различные  антропогенные воздействия на околоземное  космическое пространство изучены  к настоящему времени далеко не полностью, а их степень опасности с точки  зрения воздействия на биосферу и  возможного изменения характеристик  околоземной космической среды существенно различны.

 Наиболее изученной  к настоящему времени является  проблема космического мусора. От  успешного решения этой проблемы  зависит возможность дальнейшего  развития космической деятельности  человечества.

 Дополнительные теоретические  и экспериментальные исследования  необходимы для понимания механизмов образования озонных дыр.

 Следует указать, что  уже сейчас уделяется очень  большое внимание обеспечению  "экологической чистоты" ракетно-космической  техники .

 Относительно электромагнитного  загрязнения околоземного космического  пространства можно отметить, что  оно не представляет пока значительной  угрозы как для состояния биосферы, так и для состояния самой околоземной среды.

 В связи с упомянутой возможностью возникновения неустойчивостей в околоземной космической среде необходимо подчеркнуть, что задача определения предельно допустимых уровней воздействия на околоземную среду может быть названа главной задачей исследований ближайших нескольких лет. Эта задача является чрезвычайно актуальной по отношению к антропогенным воздействиям всех видов, и от ее скорейшего решения зависят как дальнейшее развитие космической деятельности человечества, так и обеспечение существования современной цивилизации.