Kuidas madal Maa orbiit prügihunnikuks muutub

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Inimese prügirada on juba ammu ulatunud planeedist kaugemale, kaugele kosmosesse. Samal ajal kui aktivistid ja poliitikud otsustavad, mida olmejäätmetega Maal peale hakata, koguneb orbiitidele tonnide viisi ära kasutatud tehnikat.

Uurime, millest kosmosepuistangud on tehtud, kus need asuvad ja kas meile võib "taevalik" praht pähe kukkuda (spoiler: see on juba juhtunud).

Mis prügi kosmoses lendab

Kosmoseajastu sai alguse esimese tehissatelliidi orbiidist 1957. aastal. Sellest ajast peale on inimkond saatnud orbiidile palju rakette ja viinud peaaegu 11 000 satelliiti. Viimastel aastatel on kosmosemissioonide arv hüppeliselt kasvanud. Nüüd ei uuri maalähedast kosmost mitte ainult osariigid – äriga on liitunud erafirmad ja mittetulundusühingud. Koormus orbiitidele kasvab.

Kuidas muutus objektide arv maalähedases ruumis

Kuid satelliidid, nagu iga teinegi tehnika, lagunevad ja vananevad. Need asendatakse uute seadmetega ning rikki läinud seadmed on sunnitud oma elu orbiidil vanametalli näol välja elama. Meie planeedi lähemas ja kaugemas ümbruses on tekkinud "prügimäed".

Kõik kasutuskõlbmatud tehnilised objektid ja nende killud on klassifitseeritud kosmoseprahiks. Suurem osa sellest kulub raketilavadele, vanadele satelliitidele ja nende fragmentidele. Hoolimata uute seadmete pidevast käivitamisest on orbiidil töötavaid satelliite palju vähem kui "raiskamist". Euroopa Kosmoseagentuuri (ESA) hinnangul on maalähedases kosmoses 128 miljonit tillukest prahti, mille suurus ei ületa sentimeetrit, 900 tuhat fragmenti 1–10 cm ja 34 tuhat – üle 10. cm Võrdluseks: töötavaid satelliite on ainult 3, 9 tuh.

Kõige aktiivsemalt kasutab inimkond madalat maakera orbiiti (200–2000 km üle merepinna). See kosmoseosa on kõige "tihedamalt asustatud" ja samal ajal ka "mustim". 650-1000 km kõrgusel asub esimene "prügipaik" - siin "elavad" vanad sõidukid, erinevas suuruses praht ja sõjalised satelliidid koos tuumaseadmetega. Selliseid kõrgusi potentsiaalselt ohtlike esemete hoidmiseks ei valitud juhuslikult: need võivad seal olla umbes kaks tuhat aastat. Teine ametlik "testimispaik" asub umbes 36 tuhande km kõrgusel – sinna saadetakse kõik geostatsionaarselt orbiidilt teenindanud satelliidid.

Kosmoseprügi "lendab" aga mitte ainult spetsiaalselt selleks ette nähtud kohtades. Maalähedases ruumis võib kokkupõrge prügiga juhtuda kõikjal, sest väikeste osakeste liikumist on peaaegu võimatu ennustada. Kuid suurte kildude eest on tõesti võimalik kõrvale hiilida – enamikku neist jälgivad maailma kosmoseagentuurid. Kui lähiaastatel panevad sellised ettevõtted nagu SpaceX, OneWeb ja Amazon üle Maa tuhandeid sidesatelliite, peavad spetsialistid õnnetuste vältimiseks orbiitidel liikumist märksa hoolikamalt jälgima.

Kes jälgib kosmoses leiduvat prahti

ESA andmetel jälgivad kosmosevaatlusvõrgud regulaarselt vaid 28 000 eriti suurt prahti. USA kosmoseseirevõrk on üks peamisi kosmoseprahi trajektoori analüüsi teenuseid. Eksperdid peavad kataloogi, kuhu tuuakse Maa madalalt orbiidilt suuremad kui 5-10 sentimeetri kaugusel asuvad objektid ja geostatsionaariumi läheduses paiknev praht alates 30 sentimeetrist.

USA-s on teisigi keskusi, mis koguvad ja töötlevad andmeid mitte ainult "jäätmete", vaid ka töötavate seadmete kohta. Nende geograafilised asukohad on avalikult avaldatud Space Tracki ressursis ja 18. kosmosejuhtimiseskadrilli Twitterist saate teavet teatud sõidukite hävitamise kohta. Selle info põhjal koostati veebikaart Stuff in Space, mis näitab reaalajas satelliitide (punased täpid), raketikehade (sinine) ja kosmoseprahi (hall) asukohta. Kaarti uuendatakse iga päev ja see näitab selgelt tööseadmete ja "jäätmete" tihedat "seost".

Ka Euroopa riigid, Venemaa ja Hiina jälgivad teleskoopide või geostatsionaarsete radarite abil liikumist kosmose "radadel". Kokkupõrked orbiidil on haruldased tänu teenustele, mis arvutavad õnnetuste tõenäosust.

Kust tuleb kosmosepraht?

Hoolimata asjaolust, et kokkupõrked kosmoses on haruldased, mõjutavad need tõsiselt "taevaste prügimägede" kasvu. Üks tõsisemaid kosmoseõnnetusi juhtus 2009. aastal: Ameerika sidesatelliit Iridium ja mittetöötav Venemaa sõjaväeaparaat "Kosmos-2251" ei suutnud laiali minna. Nende "kohtumine" tõi kaasa suure pilve väikese prahi ja enam kui 1,5 tuhande suure killu, mis on tänaseni säilinud maalähedases ruumis.

Teadlased nimetavad kosmoseprahi tekke peamiseks põhjuseks plahvatusi. Enamasti tekivad need kütuse lekke või kuumenemise tõttu, mis jääb juba kasutatud ülemiste astmete, rakettide ja satelliitide viimaste astmete paakidesse. Seadmed plahvatavad disainivigade või karmi ruumikeskkonna mõju tõttu. Näiteks 2018. aastal kukkusid orbiidil alla Venemaa ja Ameerika ülemised etapid "Fregat" ja "Centaur", 2012. aastal hajus meie "Briz-M" kildudeks. 2021. aasta märtsis plahvatas USA vana meteoroloogiline satelliit ja aasta tagasi muutus 29 aastat Maa-lähedases kosmoses viibinud Nõukogude raketi Cyclone-3 aste 75 triivivaks killuks.

Satelliiditõrjerelvade katsetused jätavad maha suure prügijälje. 2007. aastal hävitas Hiina omaenda Fengyun-1C keskmaarakettiga 865 km kõrgusel. Moodustati umbes 3, 5 tuhat suurt objekti ja loendamatu arv kuni 5 sentimeetrit fragmente. 2019. aastal tulistas India oma satelliidi pihta ka raketi – umbes 400 prahti oli laiali orbiitidel vahemikus 200–1600 km.

ESA spetsialistid analüüsisid enam kui 560 seadme hävimise juhtumit. Nagu nad märgivad, on orbiitidel kosmoseprahi tekkimisel ka teisi põhjuseid. Sageli on mõned selle osad seadmest lahti ühendatud, see hävib konstruktsiooni ebatäiuslikkuse tõttu või ebaõnnestub Maa atmosfääriga suhtlemisel.

Kosmoselaevade hävimise põhjused

2020. aastal analüüsisid RS Componentsi spetsialistid, millised kosmosejõud risustasid ruumi tugevamini kui teised. Selgus, et suurim osa täna jälitatavatest rusudest kuulub Venemaale ja SRÜ riikidele - 14 403 tükki. Teisel kohal on USA (8734), kolmandal Hiina (4688).

Miks on kosmoseprügilad ohtlikud

Kaasaegsed satelliidid on varustatud kaitsega mikrometeoriitide ja kosmoseprahi eest, kuid "soomus" ei päästa alati. Plahvatusest tekkinud praht jätkab liikumist algkiirusel. Kuna ruumis ei ole tajutavat hõõrdejõudu ja tavapärane gravitatsioon ei toimi, siis need praktiliselt ei aeglustu.

Nende kiirus võib ulatuda 8-10 km / s, mis on peaaegu seitse korda kiirem kui kuul. Aeglasemate kildude löögid võivad samuti saatuslikuks saada. Üle 10 cm suurused tükid on võimelised lennukeid täielikult hävitama. Kokkupõrked üle 1 cm kildudega häirivad kosmoselaeva tööd või põhjustavad mittetöötavate objektide plahvatusi. Millimeetrised osakesed jätavad enamikel juhtudel korpustele praod ja laastud.

2016. aastal jättis tolmukübeme suurune väike praht ISS-i aknaklaasile 7 mm mõlgi. Kokkupõrked mistahes prahikildudega on kosmosejaamale ohtlikud, sest see liigub orbiidil kiirusega üle 7,6 km/s. ISS teeb regulaarselt kõrvalepõiklevaid manöövreid ja korrigeerib oma orbiiti: meteoriidivastased paneelid ei suuda meeskonda kaitsta kokkupõrke korral suure prahiga. Mõnikord on kosmonaudid sunnitud jaamast evakueeruma ja ootama ära ohtliku lähenemise hetke kosmoselaeva Sojuz kosmoseprügile, et vajadusel kiiresti “upjuvalt laevalt” lahkuda.

Enamik kosmoselaeva manöövreid tehakse selleks, et vältida "kokkupuudet" prahiga. Need toimingud on kulukad. Eksperdid kulutavad tunde riske arvutades ja uut trajektoori planeerides. Manöövri hetkel kulub kütust, mis tuleb "varuks" kaasa võtta ning seadmed "seidavad jõude" - need ei edasta uurijatele vajalikke andmeid.

Maal elavate inimeste jaoks ei kujuta kosmosepraht tõsist ohtu. Väikesed seadmed suudavad atmosfääris ära põleda, samas kui rakettide või satelliitide suured kulutatud osad lastakse reeglina teatud trajektoori mööda Vaiksesse ookeani või Kasahstani asustamata aladele. Vaid korra tabas inimese tekitatud kosmosepraht inimest. 1997. aastal kukkus Ameerika kanderaketi Delta II vrakk Oklahoma elanikule Lottie Williamsile. Neiu oli pettunud, kui sai teada, et tema õlale ei kukkunud mitte tähetükk, vaid kütusepaagi killuke.

NASA teaduskonsultant Donald Kessler tegi 1978. aastal ebameeldiva ennustuse. Seejärel nimetati tema kirjeldatud nähtust "Kessleri sündroomiks". Astrofüüsiku sõnul suureneb ühel päeval "jäätmete" kontsentratsioon kosmoses nii palju, et õnnetuste arv hakkab kontrollimatult kasvama. Praht kukub lennukisse ja need rebitakse tükkideks ja "rünnatakse" teisi objekte. Vanametalli kuhjad muudavad madalamad orbiidid kasutuskõlbmatuks ja ümber Maa tekib prügivöö, mis meenutab Saturni rõngaid. Mõned eksperdid usuvad, et inimtekkeliste objektide kriitiline kontsentratsioon orbiidil on juba saavutatud.