Kuinka matala Maan kiertorata muuttuu roskakasaksi

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Ihmisen roskajälki on pitkään ulottunut planeetan ulkopuolelle, kauas avaruuteen. Kun aktivistit ja poliitikot päättävät, mitä tehdä kotitalousjätteelle maan päällä, käytettyjä laitteita kerääntyy kiertoradalle tonnia.

Selvitetään, mistä kaatopaikat on tehty, missä ne sijaitsevat ja voiko "taivaallisia" roskia pudota päähimme (spoileri: tämä on jo tapahtunut).

Millainen roska lentää avaruudessa

Avaruusaika alkoi ensimmäisen keinotekoisen satelliitin laukaisulla vuonna 1957. Siitä lähtien ihmiskunta on laukaistanut monia raketteja ja asettanut lähes 11 000 satelliittia kiertoradalle. Viime vuosina avaruustehtävien määrä on lisääntynyt dramaattisesti. Nyt maanläheistä avaruutta tutkivat muut kuin valtiot - yksityiset yritykset ja voittoa tavoittelemattomat organisaatiot ovat liittyneet toimintaan. Ratakuormitus kasvaa.

Kuinka esineiden määrä maata lähellä olevassa avaruudessa muuttui

Satelliitit, kuten kaikki muutkin tekniikat, kuitenkin hajoavat ja vanhenevat. Ne korvataan uusilla laitteilla, ja vialliset laitteet joutuvat elämään kiertoradalla metalliromun muodossa. Planeettamme läheisille ja kaukaisille ympäristöille on ilmaantunut "kaatopaikkoja".

Kaikki käyttökelvottomat tekniset esineet ja niiden palaset luokitellaan avaruusromuiksi. Suurin osa siitä on käytetty rakettivaiheita, vanhoja satelliitteja ja niiden fragmentteja. Huolimatta uusien laitteiden jatkuvasta laukaisusta, toimivat satelliitit kiertoradalla ovat paljon vähemmän kuin "jätteitä". Euroopan avaruusjärjestön (ESA) arvioiden mukaan maapallon lähiavaruudessa on 128 miljoonaa pientä roskaa, joiden koko ei ylitä senttimetriä, 900 tuhatta fragmenttia 1-10 cm ja 34 tuhatta - yli 10 cm Vertailun vuoksi: toimii vain 3 satelliittia, 9 tuhatta.

Aktiivisimmin ihmiskunta käyttää matalaa maan kiertorataa (200-2000 km merenpinnan yläpuolella). Tämä ulkoavaruuden osa on "tiheimmin asuttu" ja samalla "likaisin". 650-1000 km:n korkeudessa sijaitsee ensimmäinen "kaatopaikka" - täällä "elävät" vanhat ajoneuvot, erikokoiset roskat ja sotilassatelliitit ydinasennuksilla. Tällaisia korkeuksia mahdollisesti vaarallisten esineiden varastointiin ei valittu sattumalta: ne voivat olla siellä noin kaksi tuhatta vuotta. Toinen virallinen "testipaikka" sijaitsee noin 36 tuhannen kilometrin korkeudessa - kaikki geostationaariselta kiertoradalta palvelleet satelliitit lähetetään sinne.

Avaruusromu "lentää" ei kuitenkaan vain niille erityisesti osoitetuissa paikoissa. Törmäys roskien kanssa maanläheisessä avaruudessa voi tapahtua missä tahansa, koska pienten hiukkasten liikettä on lähes mahdotonta ennustaa. Mutta on todella mahdollista väistää suuria fragmentteja - suurinta osaa niistä tarkkailevat maailman avaruusjärjestöt. Jos lähivuosina yritykset, kuten SpaceX, OneWeb ja Amazon, ottavat käyttöön tuhansia viestintäsatelliitteja Maan ylle, asiantuntijoiden on seurattava liikettä kiertoradalla paljon tarkemmin onnettomuuksien välttämiseksi.

Kuka seuraa roskat avaruudessa

ESAn mukaan avaruushavaintoverkostot seuraavat säännöllisesti vain 28 000 erityisen suurta roskaa. US Space Surveillance Network on yksi johtavista avaruusromun lentoratojen analysointipalveluista. Asiantuntijat pitävät luetteloa, johon tuodaan yli 5-10 senttimetriä suuremmat esineet matalalta Maan kiertoradalta ja 30 senttimetrin etäisyydeltä geostationaarisen lähellä olevat roskat.

Yhdysvalloissa on muita keskuksia, jotka keräävät ja käsittelevät tietoja paitsi "jätteistä", myös käyttölaitteista. Heidän maantieteelliset sijaintinsa on julkaistu julkisesti Space Track -resurssissa, ja 18. Space Control Squadronin Twitteristä voit oppia tiettyjen ajoneuvojen tuhoutumisesta. Näiden tietojen perusteella luotiin verkkokartta Stuff in Space, joka näyttää reaaliajassa satelliittien (punaiset pisteet), rakettikappaleiden (sininen) ja avaruusromun (harmaa) sijainnin. Kartta päivitetään päivittäin ja se osoittaa selkeästi toimivan laitteiden ja "jätteen" välisen läheisen "suhteen".

Myös Euroopan maat, Venäjä ja Kiina tarkkailevat liikettä avaruuden "raiteilla" teleskooppien tai geostationaaristen tutkien avulla. Törmäykset kiertoradalla ovat harvinaisia törmäysten todennäköisyyttä laskevien palveluiden ansiosta.

Mistä avaruusjätteet tulevat?

Huolimatta siitä, että törmäykset avaruudessa ovat harvinaisia, ne vaikuttavat vakavasti "taivaallisten kaatopaikkojen" kasvuun. Yksi vakavimmista avaruusonnettomuuksista tapahtui vuonna 2009: amerikkalainen viestintäsatelliitti Iridium ja toimimaton venäläinen sotilaslaitteisto "Kosmos-2251" eivät päässeet hajaantumaan. Heidän "kokouksensa" synnytti suuren pienten roskien pilven ja yli 1,5 tuhatta suurta fragmenttia, jotka ovat tähän päivään asti jääneet maanläheiseen avaruuteen.

Tutkijat kutsuvat räjähdyksiä tärkeimmäksi syyksi avaruusjätteen muodostumiseen. Useimmiten ne johtuvat polttoaineen vuotamisesta tai kuumenemisesta, joka jää jo käytettyjen ylävaiheiden, rakettien ja satelliittien viimeisten vaiheiden säiliöön. Laitteet räjähtävät suunnitteluvirheiden tai ankaran tilaympäristön vaikutuksesta. Esimerkiksi vuonna 2018 venäläiset ja amerikkalaiset ylävaiheet "Fregat" ja "Centaur" törmäsivät kiertoradalle, vuonna 2012 "Briz-M" hajosi palasiksi. Maaliskuussa 2021 vanha yhdysvaltalainen meteorologinen satelliitti räjähti, ja vuosi sitten 29 vuotta maanläheisessä avaruudessa ollut Neuvostoliiton Cyclone-3-raketin vaihe muuttui 75 ajautuneeksi fragmentiksi.

Satelliittien vastaisten aseiden testit jättävät suuren jäljen roskia. Vuonna 2007 Kiina tuhosi oman Fengyun-1C:n keskipitkän kantaman ohjuksella 865 km:n korkeudessa. Muodostui noin 3,5 tuhatta suurta esinettä ja lukematon määrä jopa 5 senttimetriä olevia fragmentteja. Vuonna 2019 Intia ampui myös raketin satelliittiinsa - noin 400 roskaa hajallaan kiertoradalla 200-1600 km:n etäisyydellä.

ESAn asiantuntijat analysoivat yli 560 tapausta laitteen tuhoutumisesta. Kuten he huomauttavat, on muitakin syitä avaruusromun muodostumiseen kiertoradalla. Usein osa sen osista on irrotettu laitteesta, se tuhoutuu rakenteen epätäydellisyyksien vuoksi tai epäonnistuu vuorovaikutuksessa Maan ilmakehän kanssa.

Syyt avaruusalusten tuhoutumiseen

Vuonna 2020 RS Componentsin asiantuntijat analysoivat, mitkä avaruusvoimista roskasivat tilan muita voimakkaammin. Kävi ilmi, että suurin osa tänään jäljitetyistä hylkyistä kuuluu Venäjälle ja IVY-maille - 14 403 kappaletta. Toisella sijalla on Yhdysvallat (8734), kolmannella Kiina (4688).

Miksi kaatopaikat ovat vaarallisia

Nykyaikaiset satelliitit on varustettu suojalla mikrometeoriiteilta ja avaruusjätteiltä, mutta "panssari" ei aina pelasta. Räjähdyksen aiheuttamat roskat jatkavat liikkumista alkunopeudella. Koska avaruudessa ei ole havaittavissa olevaa kitkavoimaa ja tavallinen painovoima ei vaikuta, ne eivät käytännössä hidastu.

Niiden nopeus voi olla 8-10 km / s, mikä on lähes seitsemän kertaa nopeampi kuin luoti. Hitaampien fragmenttien iskut voivat myös olla kohtalokkaita. Yli 10 cm:n kokoiset palat voivat tuhota lentokoneita täysin. Törmäykset yli 1 cm:n sirpaleiden kanssa häiritsevät avaruusaluksen toimintaa tai aiheuttavat toimimattomien esineiden räjähdyksiä. Millimetriset hiukkaset jättävät useimmissa tapauksissa halkeamia ja lastuja koteloihin.

Vuonna 2016 pieni pölyhiukkasen kokoinen roska jätti 7 mm:n lommo ISS:n ikkunalasiin. Törmäykset roskien fragmenttien kanssa ovat vaarallisia avaruusasemalle, koska se liikkuu kiertoradalla yli 7,6 km/s nopeudella. ISS suorittaa säännöllisesti kiertoliikkeitä ja korjaa kiertorataa: meteoriittipaneelit eivät pysty suojelemaan miehistöä törmäyksessä suurten roskien kanssa. Joskus kosmonautit pakotetaan evakuoimaan asemalta ja odottamaan vaarallista lähestymishetkeä avaruusromuille Sojuz-avaruusaluksessa voidakseen tarvittaessa nopeasti poistua "uppoavasta laivasta".

Suurin osa avaruusalusten liikkeistä tehdään "kohtaamisen" välttämiseksi roskien kanssa. Nämä toimet ovat kalliita. Asiantuntijat käyttävät tuntikausia riskien laskemiseen ja uuden liikeradan suunnitteluun. Ohjaushetkellä kuluu polttoainetta, joka on otettava mukaan "varaan", ja laitteet "seisovat tyhjäkäynnillä" - ne eivät välitä tutkijoille tarpeellisia tietoja.

Maan päällä oleville avaruusromu ei aiheuta vakavaa uhkaa. Pienet laitteet onnistuvat palamaan ilmakehässä, kun taas suuret käytetyt rakettien tai satelliittien osat pääsääntöisesti lasketaan tiettyä lentorataa pitkin Tyynellemerelle tai Kazakstanin asumattomille alueille. Vain kerran ihmisen tekemä avaruusromu osui ihmiseen. Vuonna 1997 amerikkalaisen Delta II -kantoraketin hylky putosi Oklahoman asukkaan Lottie Williamsin päälle. Tyttö oli pettynyt kuultuaan, että hänen olkapäälleen ei pudonnut tähti, vaan pala polttoainesäiliöstä.

NASAn tieteellinen konsultti Donald Kessler teki epämiellyttävän ennusteen vuonna 1978. Myöhemmin hänen kuvaamaansa ilmiötä kutsuttiin "Kesslerin oireyhtymäksi". Astrofyysikon mukaan jonain päivänä "jätteen" pitoisuus avaruudessa kasvaa niin paljon, että onnettomuuksien määrä alkaa kasvaa hallitsemattomasti. Roskat törmäävät lentokoneisiin, ja ne repeytyvät palasiksi ja "hyökkäävät" muihin esineisiin. Metalliromun kasat tekevät alemmat kiertoradat käyttökelvottomiksi, ja Maan ympärille ilmestyy Saturnuksen renkaita muistuttava roskavyö. Jotkut asiantuntijat uskovat, että ihmisen tekemien esineiden kriittinen pitoisuus kiertoradalla on jo saavutettu.