Космический мусор - угроза развитию нашей цивилизации

1. Космический мусор - угроза развитию нашей цивилизации

Шестая молодежная школа-конференция «Космическая наука»
Космический мусор - угроза развитию
нашей цивилизации
Н.С. Бахтигараев - ИНАСАН
Кафедра астрономии и космической геодезии КФУ, г. Казань.
2-3 октября 2019

2.

Что такое космический мусор?
ГОСТ 52925-2008.
Пункт 3.7. Космический мусор:
все находящиеся на околоземной
орбите космические объекты
искусственного происхождения
(включая фрагменты или части
таких объектов), которые
закончили своё активное
функционирование.
Пункт 3.8. Техногенное засорение:
Процесс образования новых
объектов, пополняющих состав КМ
в околоземном космическом
пространстве.

3. Проблема космического мусора на ОКП

Идёт непрерывный процесс накопления КМ на ОКП. Особенно увеличилось в
последние годы:
11 янв. 2007 г.- взрыв Китайского метеоспутника Феньюн 1С с образованием более
3000 фрагментов. На 19 сентября 2014 г. – на околоземной орбите осталось 2664.
10 февр. 2009 г. – столкновение Иридиум-33 с Космос-2251. На 19 сентября 2014 г.
1115 фрагментов Космос-2251 и 375 фрагментов Иридиум-33.
Но проблема не в этом. Около 20 тысяч космических объектов – это крупные и
каталогизированные объекты. Т.е. мы знаем когда и где они находятся и умеем
прогнозировать их движение. Их не так много для огромного ОКП. Но:
1. Вокруг нашей Земли вращается огромное количество малоразмерных фрагментов
КМ. Всего по разным оценкам (радарные измерения для статистики, и измерения
с КА) количество КМ крупнее 1 см на ОКП превышает 700 тысяч.
2. Большая часть этого мусора распределена в 2-х областях только (до 1000 км от
Земли и на геостационарной орбите), где работают большинство КА.
3. Уже начался процесс саморазмножения КМ (синдром Кесслера). Космические
объекты разрушаются и их количество (не масса) растёт и будет расти уже без
нашей космической деятельности.

4. Проблема космического мусора на ОКП

«Перспективы»: рост количества мусора в ОКП
может привести к:.
1. Невозможности пилотируемых полётов на
высотах ниже 1000 км уже через несколько лет,
2. Резкому сокращению времени
функционирования КА на высотах 200-1200 км и
на ГСО: от нескольких десятков до ста лет.
3. Далёкая перспектива – невозможность вывода
КА за пределы земной атмосферы через облако
мусора и прекращение освоения ОКП (через ~300
лет).

5. Проблема радиоактивного космического мусора на ОКП

КА УС-А функционировали на орбитах высотой всего лишь 260
х 280 км, по окончании работы выполнялся увод
радиационно-опасной части аппарата на орбиту захоронения
высотой 900 х 950 км. В двух случаях перевод на орбиту
захоронения не был осуществлен.
«Космос-954» упал 24 января 1978 г. в Канаде, вызвав
радиационное загрязнение местности.
На доработанном «Космосе-1402» таких серъёзных последствий
не наступило: отделённая от спутника активная зона
реактора 7 февраля 1983 г. разрушилась без вреда над
Атлантикой.
Третий инцидент произошёл с «Космосом-1900», на котором увод
реактора был выполнен 30 сентября 1988 г. по резервной
схеме за пять суток до входа в КА атмосферу Земли. Этот
случай также получил широкую огласку, и, несмотря на то,
что аппарат успешно справился с нештатной ситуацией,
запуски КА УС-А были прекращены.

6. Прохождение фрагмента OPS 4682 DEB на расстоянии ~186 км от ИСЗ КОРОНАС-Ф в области экватора вместе с аппроксимирующим фоновым

полиномом, построенным по реальным данным о скорости
счета на аналогичном участке орбиты ИСЗ КОРОНАС-Ф (а) и то же
событие с вычетом этого полинома (б)

7. Проблема радиоактивного космического мусора на ОКП Обычный космический мусор не представляет такой угрозы для людей, как

радиоактивный мусор.
До заключения договора 1963 года ядерные
испытания проводились США и СССР на
земле, в атмосфере и в космосе. В августесентябре 1958 г. США провели серию взрывов в
космосе на высотах от 160 до 750-и км. СССР
такие испытания начал в октябре 1961 г.

8. Мгновенная картина расположения 75 потенциально радиационно опасных объектов космического мусора ( КА с ЯЭУ и их фрагменты,

выявленные по доступным источникам).

9.

• Космические объекты, потенциально представляющие
угрозу радиоактивного загрязнения ОКП, должны
оставаться на орбитах «захоронения» много сотен лет, как
было запланировано.
• Однако, это верно лишь при допущении неизменности их
физических характеристик, в частности, отношения
площадь/масса.
• Вероятность столкновения с элементами КМ уже не
действующих и находящихся на орбитах «захоронения»
КА с ЯЭУ на борту резко увеличилась за последние 4
года.
• Более половины наблюдаемых элементов КМ имеют
отношение площадь/масса более 1 кв.м/ кг.

10.

Цель освоения космоса.
•Для переселения на другие планеты.
Циолковский К.А.

11. Общая динамика изменения популяции космических объектов в околоземном пространстве (по данным Европейского Космического

Агентства)

12. Распределение космического мусора на высотах от 100 до 2000 км

13. История запусков на ОКП

• 60 YEARS OF SPACE ACTIVITY
• In almost 60 years of space activities, more than 5250
launches have resulted in some 42 000 tracked objects in
orbit, of which about 23 000 remain in space and are
regularly tracked by the US Space Surveillance Network
and maintained in their catalogue, which covers objects
larger than about 5–10 cm in low-Earth orbit (LEO) and 30
cm to 1 m at geostationary (GEO) altitudes. Only a small
fraction – about 1200 – are intact, operational satellites
today.
• This large amount of space hardware has a total mass of
more than 7500 tonnes.

14. Требования по ограничению техногенного засорения ОКП

• В соответствии с ГОСТ Р 52925-2008 выделены 2
защищаемые области: Геостационарной орбиты (сегмент
сферической оболочки ОКП 35786 +/- 200 км) и
низкоорбитальная область (сферическая область ОКП с
высотой не более 2000 км от поверхности Земли).
• Требования разработаны по предотвращению
преднамеренных разрушений КО, после окончания их
активного функционирования, предотвращению их
столкновений, по уводу КО после окончания и
функционирования в зоны захоронения или на орбиты с
ограниченным сроком их баллистичекого существования.

15. Защищаемые области ОКП

16. Пути решения проблемы КМ

• 1. Отбуксировка потенциально опасных (находящихся в наиболее
заселённых областях ОКП и/или уже начинающих разрушаться)
крупных космических объектов с околоземной орбиты. Это
реально возможно. На сегодняшний день технически и
экономически можно ежегодно «снимать» с орбиты 30-40 КО. Но
это только замедлит процесс техногенного засорения ОКП. И
невозможно буксировать десятки тысяч КО, тем более сотни
тысяч малоразмерных (менее 5 см).
• 2. Многочисленные проекты по изменению орбит КМ
воздействием на них лазерным или другим излучением с
поверхности Земли или из космоса. Технология не отработана.
Вызывает опасения, что это приведёт к ещё большому засорения
ОКП. Тем более это приведёт к милитаризации космоса.
• 3. Создание искусственного облака в избранных областях ОКП,
чтобы КМ тормозился об него и сгорел. попав в верхние слои
земной атмосферы.

17. Пути решения проблемы КМ

• 1. Отбуксировка потенциально опасных (находящихся в наиболее
заселённых областях ОКП и/или уже начинающих разрушаться)
крупных космических объектов с околоземной орбиты. Это
реально возможно. На сегодняшний день технически и
экономически можно ежегодно «снимать» с орбиты 30-40 КО. Но
это только замедлит процесс техногенного засорения ОКП. И
невозможно буксировать десятки тысяч КО, тем более сотни
тысяч малоразмерных (менее 5 см).
• 2. Многочисленные проекты по изменению орбит КМ
воздействием на них лазерным или другим излучением с
поверхности Земли или из космоса. Технология не отработана.
Вызывает опасения, что это приведёт к ещё большому засорения
ОКП. Тем более это приведёт к милитаризации космоса.
• 3. Создание искусственного облака в избранных областях ОКП,
чтобы КМ тормозился об него и сгорел. попав в верхние слои
земной атмосферы.

18. Пути решения проблемы КМ

И наиболее экологический метод борьбы с КМ – это помочь процессу
самоочищения ОКП.
Для этого нужно привлечение сил фундаментальной науки.

19. О наших исследованиях (ИНАСАН)

20.

Приоритетное направление наших исследований в рамках
тематики:
мониторинг высоких околоземных орбит (свыше 20000 км),
включая область геостационарной орбиты (ГСО).
Поддержание Российского каталога каталогизированных
малоразмерных космических объектов, обнаружение и
каталогизация ранее не наблюдавшихся системами
контроля космического пространства (как США так и
России). Определение физических характеристик
фрагментов (кривые блеска объектов, отношение Площадь/
масса и др.). Улучшение теории движения КМ.
Главное прикладное значение выполняемой программы
наблюдений:
обеспечение возможностей предупреждения об опасных
сближениях функционирующих космических аппаратов с
техногенным космическим мусором.

21. Звенигордская обсерватория ИНАСАН

Звенигородская обсерватория расположена в 40 км от
Москвы (φ = +550 41’ N, λ = 2 h 27 m E, H = 180 m ).

22. Телескоп Сантел-500 Звенигородской обсерватории ИНАСАН во время наблюдений

23. Терскольская обсерватория. Башня телескопа Цейсс-2000.

24. . Телескоп Цейсс-2000. Терскольский филиал ИНАСАН

25. Телескоп Цейсс-100. D = 1 m, F = 13 m Обсерватория Санглох. Таджикистан.

26.

Башня телескопа Цейсс-100.
Обсерватория Санглох. Таджикистан.

27. Кривая блеска фрагмента № 1432 по результатам наблюдений 27 октября 2006 г. UTC с 21 ч 19 мин до 21 ч 24 мин. Телескоп

Кривая блеска фрагмента № 1432 по результатам наблюдений 27
октября 2006 г. UTC с 21 ч 19 мин до 21 ч 24 мин. Телескоп
Цейсс-1000 вСимеизкой обсерватории.

28. Обнаружение ранее не наблюдавшихся малоразмерных фрагментов КМ.

29. Аппаратурные возможности наблюдательного комплекса телескопа Цейсс-2000

В 2012 году впервые
наблюдался объект
геостационарной
области слабее 21-й
звёздной величины,
что по оценкам
соответствует
фрагменту размером
менее 10 см
Изменение блеска неизвестного фрагмента по
наблюдениям в ночь с 6 на 7 сентября 2012 г.

30. СКО = 0.07” как по RA так и по DECL

Оценки точности измерений по данным наблюдений объекта
10294 в Терскольской обсерватории на телескопе Цейсс-2000.
10 октября 2018 г. Интервал наблюдений 90 минут.
СКО = 0.07” как по RA так и по DECL
30

31. Статистика наблюдений «нового» объекта (№ 95334).

Дата
16.10.09
17.10.09
18.10.09
19.10.09
20.10.09
21.10.09
Продолжительность
наблюдений
1,5 часа
1,4 часа
8 мин.
4 мин.
6 мин.
4 мин.
4 мин.
4 мин.
21 мин.
6 мин.
7 мин.
15 мин.
3 мин.
Число точек
260
103
16
12
9
14
19
13
961
81
29
32
11

32.

В октябре 2018 года состоялось 9 ночей наблюдений
объектов космического мусора на телескопе Zeiss-2000
ТФ ИНАСАН.
Было получено 10677 измерений 136 объектов, в том
числе давно утерянных фрагментов и более 15-ти ранее
не наблюдавшихся.
32

33. Элементы орбиты «новых» объектов КМ на основе измерений на коротких дугах

объект
70100
70500
80100
80200
82022
93833
n
1.24871
2.91972
0.95221
1.03788
1.00117
0.99267
a (км)
36425.8
20674.0
43641.7
41205.3
42207.1
42447.8
e
0.483282
0.67919
0.35224
0.67963
0.00334
0.12929
i (ᴼ)
4.16569
1.95737
7.96733
22.9472
12.7837
5.0866
Ω (ᴼ)
252.05
135.81
244.83
292.60
326.60
303.92
A/m
-
-
-
-
-
16.156
блеск
18.1
19.3
17.8
17.6
19.3
18.4
дуга, мин.
83
85
68
53
86
71+29
33

34. Новые объекты

70100, 16.10.2018
Период изменения блеска 2.1 минуты
34

35. Исследования особенностей движения КМ

36. Элементы орбит 10294 и 90073 по наблюдениям в августе 2018 г. Обсерватория Санглох. 8 ночей наблюдений.

aM
n
ie
A/ m
L
Элементы орбит 10294 и 90073 по наблюдениям в августе
2018 г. Обсерватория Санглох. 8 ночей наблюдений.
Объект
10294
90073
Эпоха: дата, время
07.08.2018 19:46:47.216
07.08.2018 01:56:26.195
a (км)
42163.623 ±0.0011
42156.826 ±0.0015
e
0.0005596 ±0.00000036
13.07164 ±0.000004
(±0".015)
0.0068171 ±0.00000087
6.65604 ±0.000009
(±0".03)
Ω (град.)
327.59153 ±0.000015
56.18293 ±0.000158
ω (град.)
67.18407 ±0.000017
292.87964 ±0.000017
(±0".06 или ±12 м)
1.0027221 ±0.00000004
(± 3.5 миллисек)
333.25669 ±0.002566
1.0029632 ±0.00000005
(± 4 миллисек)
A/m (м2/кг)
0.0133 ±0.00069
0.1011 ±0.0074
λ (град.)
74.61545
71.52708
Блеск (зв.вел.)
15.1
17.4
i (град.)
M (град.)
n (оборотов/сутки)
26.39621 ±0.002465

37.

20.10
2017
01.08 1.106с
2017
19.02
2018
11.04
2018
23.06
2018
07.08
2018
08.10
2018
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
20.10
2017
-
4.317с
19.02
2018
-
-
11.04
2018
-
-
-
23.06
2018
-
-
-
-
07.08
2018
-
-
-
-
6.068с 9.572с
1.058с 0.534с 2.143с
-0.480 1.578с
-
1.678с
37

38. Наблюдательные данные объекта 90073

дата сессии
N
02.06.2009
21.10.2009
01.03.2010
26.05.2010
22.05.2012
04.09.2012
04.06.2013
11.12.2013
25.03.2014
24.06.2014
28.08.2014
08.11.2014
187
119
23
24
105
97
325
329
142
237
239
507
σ
(")
0.66
0.98
0.45
0.26
0.59
1.35
0.48
0.66
1.93
0.48
1.61
1.22
Блес A/m
к (м2/кг)
18.4 0.077
16.6 0.177
17.3 0.050
17.7 0.090
17.8 0.117
18.1 0.041
17.9 0.106
17.2 0.149
17.3 0.174
17.8 0.100
17.6 0.149
18.1 0.041
e
0.00352
0.00633
0.00653
0.00505
0.00722
0.00666
0.00758
0.00822
0.00896
0.00760
0.00709
0.00758
i
(°)
0.337
0.148
0.422
0.583
2.289
2.537
3.123
3.526
3.730
3.934
4.054
4.174
L
(°)
78.0
66.0
66.0
73.0
69.0
80.0
79.0
64.0
64.0
70.0
78.0
84.0
38

39. Модель вариаций величины A/m объекта 90073

Период 392 суток с двумя максимумами и двумя
минимумами.
39

40. Модель вариаций величины A/m объекта (90073)

Параметры модели на интервале
от 12.10.2013 до 08.11.2014:
Общий интервал 392 дня разделён
на четыре интервала по 98 дней.
ui, vi – начало и конец короткого
интервала
ti – середина интервала
ai – приближённое значение
параметра A/m в момент ti
Ai – амплитуда восходящей или
нисходящей ветви синусоиды.
i
1
2
3
4
ui
56577
56675
56773
56871
vi
56675
56773
56871
56969
ti
56626
56724
56822
56920
ai
0.125
0.130
0.080
0.075
a’i
-0.0015
0.0002
0.004
0.0025
Ai
0.085
-0.080
0.030
-0.035
A’i
-0.0015
0.003
0.0015
-0.025
Параметры
A
t ti
.
ai Ai sin
m
vi ui
Бахтигараев Н.С., Левкина П.А., Чазов В.В. // Астр. Вестн.,
2016
40

41. Объект 90073. Сравнение модели изменения А/m с наблюдениями . Синие точки - расчёт по модели (по наблюдениям за 2009- 2014

годы), красные квадратики получены по наблюдениям.

42.

43.

Каждая проблема
имеет решение.
Единственная
трудность
заключается в том,
чтобы его найти.
Эвви Неф
Отдайте нам свой космический мусор….

44. Спасибо за внимание!