Космический мусор/Космические мусорщики

[[XD]]

Сомнительная перспектива, если честно.
Относительно затрат на очистку

[kismet]

А деваться некуда. Если не чистить, то в обозримом будущем не сможем в космос летать.

[Protey]

ОРБИТАЛЬНЫЙ МУСОР БУДУТ РАССТРЕЛИВАТЬ ЛАЗЕРАМИ
https://hi-tech.mail.ru/news/laser-shoots-orbital-debris.html?from=pm

[LonelyWanderer]

А деваться некуда. Если не чистить, то в обозримом будущем не сможем в космос летать.

Ну имеющийся мусор то рассосётся постепенно. Попадает на землю из-за воздействия экзосферы Земли. Другое дело, что скорость рассасывания куда меньше скорости образования нового мусора из-за непрекращающихся новых запусков.
Поэтому нужно создавать не проекты по очистке космоса от мусора, а не допускать создание нового, т.е. понижение орбиты спутников до недолговечных высот (меньше 300 км в перигее), и выше геостационарной орбиты на орбиты захоронения.

Кстати мусор, выведенный с геостационарных орбит на орбиту захоронения потом можно будет использовать для добычи металла для строительства всевозможных космических прожектов, т.к. он будет относительно легкодоступен в виду компактного расположения - по высоте, и по ширине это будет по сути узкое и неширокое искусственное кольцо Земли из металлического хлама.

[kismet]

А деваться некуда. Если не чистить, то в обозримом будущем не сможем в космос летать.

Ну имеющийся мусор то рассосётся постепенно. Попадает на землю из-за воздействия экзосферы Земли. Другое дело, что скорость рассасывания куда меньше скорости образования нового мусора из-за непрекращающихся новых запусков.

Эффект торможения в атмосфере Земли работает только для самых низких орбит - сотни км. Уже с 800 км срок орбитального существования мусора увеличивается до десятков, сотен и тысяч лет, а на средневысоких (где ГЛОНАСС/GPS) и геостационарной орбите космический мусор будет существовать вечно.

Плюс, модели американцев показывают, что если не удалять крупные объекты на низких орбитах, то образование новых фрагментов за счет взрывов, лет через 25 - 50 существенно превысит скорость "самоочистки". Именно поэтому речь и заводят о том, что надо удалять крупные объекты именно с низких орбит, пока не возник т.н "синдром Кеслера".

Поэтому нужно создавать не проекты по очистке космоса от мусора, а не допускать создание нового, т.е. понижение орбиты спутников до недолговечных высот (меньше 300 км в перигее), и выше геостационарной орбиты на орбиты захоронения.

Такие меры разработы  и приняты, как рекомендательные, на уровне ООН. Но, а что делать с теми объектами, что уже летают в космосе - а их многие тысячи. Плюс активно развиваются микроспутники (нано, пикто и т.д.)  - их уже хотят тысячами пускать, а они изначально не имеют никаких двигателей для маневров, и, что самое страшное, практически не отслеживаются существующими системами контроля космического пространства. 

в виду компактного расположения - по высоте, и по ширине это будет по сути узкое и неширокое искусственное кольцо Земли из металлического хлама.

Даже объекты "брошенные" в окологеостационарной области постепенно "расползаются" в полосу шириной 18 градусов. Также не существует одной какой-то выделенной "орбиты захоронения". Есть некая минимальная высота, на которую необходимо приподнять орбиту геостационарного объекта - а это м.б.  250 и 300 и 350 км - как получится. Но, моделирование показывает, что при взрывах уведенных спутников и ступеней их фрагменты разлетаются на всесьма значительные расстояния. Плюс есть большой класс объектов с большим отношением площади к массе - у них апогей иногда поднимается до 70 тыс. км.

[LonelyWanderer]

Расползаются - это пока расползаются, пока космического мусора не столь много, и пока столкновения редки. Т.е. механизмы, воздействующие на расползание преобладают. Когда там образуется целое облако мусора и столкновения будут частым явлением, возникнет тенденция к уплощения кольца до состояния колец Сатурна.
А что касается низких орбит, то здесь должны всеми соблюдаться правила - не выводить спутники без двигателей с перигеем выше 400 километров. Т.е. можно, например (если надо, чтобы спутник поднимался высоко и покрывал большую площадь), выводить на эллиптическую орбиту с перигеем километров 300 и апогеем в   1000 километров, или 2 таких спутника вместо одного с круговой орбитой в 700-800 километров. Он будет каждый раз в перигее погружаться в экзосферу Земли и терять высоту. Это я говорю о нано-спутниках, которых 2 запустить не так уж и дорого вместо одного. А большие спутники - снабжать двигателями.
И все не так печально, кстати, вот:
https://ru.wikipedia.org/wiki/ESTCube-1
Килограммовый спутник с орбитой на высоте 670 километров, длительность жизни оценена всего в 25 лет.

[LonelyWanderer]

Есть ещё одна возможность по принудительному сокращению времени полёта ИСЗ - снабжение их всех тормозными парусами.
Вот пример (нарисовал ниже схематично, как это будет выглядеть) для нано-спутника CubeSat, весом 1 кг и объемом 1 литр, размером 10*10*10 см.
Если снабдить солнечным парусом, допустим 2*2 метра, и плотностью, допустим, 10 г/м2 (к примеру, сусальное золото имеет плотность 2 г/м2, поэтому я ещё не продвинутую технологию тут предложил, а просто достаточно тонкую фольгу), то получаем вес паруса 40 грамм, ну пусть с тросиками-стропами - 50 грамм.
Итого цена вопроса - увеличение веса спутника формата CubeSat с 1000 грамм до 1050 грамм. И цена запуска увеличится, допустим, с 50 000$ до 52 500$, т.е на 2500 $.
Зато, площадь лобового сопротивления об экзосферу Земли возрастёт в 400 раз.
Нетрудно посчитать, что эстонский спутник ESTCube-1 с таким двухметровым парусом на орбите в 670 километров прожил бы не 25 лет (при сроке службы всего 1 год), а всего 23 дня.

Изначально в момент запуска нужно дать спутнику вращательное движение (с помощью микродвигателя на сжатом воздухе), чтобы  развернулся парус и он будет плоским. Затем, в ходе торможения вращательный момент уменьшится и парус начнёт отставать от спутника и сформируется форма парашюта.

Таким образом, проблема эта очень легко, дёшево и эффективно решается. Было бы желание.

[1212Lupus]

Килограммовый спутник с орбитой на высоте 670 километров, длительность жизни оценена всего в 25 лет.

Плохой пример. Скорость торможения в атмосффере для ИСЗ пропорциональна плотности атмосферы и обратно пропорциональна массе спутника. На высоте 670 км плотность атмосферы составляет 4.40643*10^-14 кг/м³ (Стандартная атмосфера, ГОСТ 4401-81). Неприятность в том, что с увеличением высоты плотность падает быстро -- на 800 км она уже 1.14*10^-14 кг/м³, т.е. почти в 4 раза меньше, на 900 км -- в 8 раз меньше, на 1000 км -- в 12 раз. Таким образом, в нулевом приближении сутник массой 100 кг и разерами 1х1 м (ваш наноспутник из примера -- 10х10 см) на орбите в 800 км будет летать 100 лет -- если 1 кг на 670 км сможет продержаться 25 лет. На орбите 900 км 100 кг с миделем 1 м² продержится около 200 лет, а на 1000 км -- около 300 лет. Если принять следний мидель ИСЗ в 2 м² при массе 300 кг, то с тех же 670 км такой ИСЗ будет падать почти 40 лет, а с 1000 км -- почти 460 лет! И это при том, что на 400 км он бы продержался менее года. Вот такая печальная математика получается...

Когда там образуется целое облако мусора и столкновения будут частым явлением, возникнет тенденция к уплощения кольца до состояния колец Сатурна.

Вы себе представляете время, необходимое на это -- хотя бы по порядку величины?

[LonelyWanderer]

Не буду подвергать проверке ваши  расчёты, возьму ваш самый большой пример, - вес 300 кг, мидель 2м²,  высоту 1000 км и время жизни 460 лет. Снабдить его парусом размерами всего, допустим, 5*5 метров (к примеру, космическое зеркало проекта Знамя-2 было размером 20*20 метров),  уже снизит время жизни этого гипотетического спутника с 460 лет до 36.8 лет. Сейчас бы уже сходил с орбиты спутник с такими параметрами и таким относительно небольшим парусом 1979 года запуска.

Еще пример: https://ru.wikipedia.org/wiki/Авангард-2 , типичный космический мусор весом 10 кг, и орбитой от  559 до 3320 км. Время жизни оценивается в 300 лет,  запущен в 1959 году.  Диаметр 50 см, площадь соответственно - 0.196 м² Длина антенн судя по фото - около 75 см.  Соответственно, расстояние между дальними точками - 2 метра, это есть диагональ  квадрата, тогда ширина квадрата 1.414 м², а площадь - 2 м2. Если бы догадались между антеннами натянуть тонкую плёнку (а самим антеннам придать несколько конусообразную форму для стабилизации полёта), то получилась бы площадь лобового сопротивления больше в 10.2 раза, и практически без изменения конструкции аппарата, без существенного увеличения веса (такая плёнка бы весила не более, чем грамм 20 на 10-килограммовом спутнике). Соответственно и время жизни уменьшилось бы с 300 лет до 30 лет.
И Авангард, запущенный в 1959 году, сошел бы с орбиты не в 2259-м, не при наших пра-пра-правнуках, а в 1989-м, ещё когда я только в школу пошёл. Т.е. его уже давно бы не было. Минимальной ценой, в случае с авангардом - мизерной ценой.

[1212Lupus]

Ну дык никто не спорит, что приделывая парус к спутникам, можно было бы заставить их тормозиться быстрее -- я лишь скептически отнёсся к вашему "всего в 25 лет". Но и с парусом не так всё просто -- нужна система выпуска, это лишняя масса и прочие заморочки. К тому же история не знает сослагательного наклонения -- мусор УЖЕ есть, и с ним нужно что-то делать, т.к. парусов у него нет. Как и нету парусов у тех over 4000 осколков ИСЗ после испытания космического оружия. Чем мельче размер мусора, тем он многочисленнее. И с этим что-то тоже нужно делать.

Пока же у меня есть твёрдая уверенность, что синдром Кесслера мы не минуем -- такова человеческая натура, его жадность и лень. До паявления жареного петуха на горизонте, который должен клюнуть в известное место, никто реально чесаться не будет.

[LonelyWanderer]

Думаю, что не допускать появления новых тонн мусора было бы достаточно.
Существующий мелкий мусор не столь долговечен, как спутники, ведь с уменьшением частиц их площадь сечения падает пропорционально квадрату размеров, а масса - кубу. Сантиметровая деталь будет иметь площадь, меньшую чем 10-сантиметровая в 100 раз, а массу - в 1000 раз, т.е. эффект торможения будет в 10 раз быстрее. 1-миллимитровая песчинка при всей свое многочисленности будет уже довольно недолговечна.
Есши взять ваши цифры про 2м2 и 300 кг, и про длительность жизни в 460 лет, вот что получится.
Мидель 1-миллимитровой песчинки стали (пусть квадратной формы), в 2 млн.раз меньше. Вес - 0.007 грамм - это в 42.8 млн.раз меньше.
Таким образом, сплошная миллимитровая песчинка стали проживет на 1000-километровой орбите в 21.4 раза меньше, чем ваш в основном полый внутни спутник.  Это 21.5 лет.
Сантиметровый стальной болт будет болтаться 215 лет.
Если взять столкновение Космоса и Иридиума, то это было ниже, на высотах 800 с лишним километров, и такие песчинки уже скоро должны входить в атмосферу,  а на достаточно продолжительное время останутся в основном детали от сантиметра и больше.

[LeMay]

Как и нету парусов у тех over 4000 осколков ИСЗ после испытания космического оружия. Чем мельче размер мусора, тем он многочисленнее. И с этим что-то тоже нужно делать.

  Это после китайского испытания?

[Космический мусор]

Думаю, что не допускать появления новых тонн мусора было бы достаточно.
Существующий мелкий мусор не столь долговечен, как спутники, ведь с уменьшением частиц их площадь сечения падает пропорционально квадрату размеров, а масса - кубу. Сантиметровая деталь будет иметь площадь, меньшую чем 10-сантиметровая в 100 раз, а массу - в 1000 раз, т.е. эффект торможения будет в 10 раз быстрее. 1-миллимитровая песчинка при всей свое многочисленности будет уже довольно недолговечна.
Есши взять ваши цифры про 2м2 и 300 кг, и про длительность жизни в 460 лет, вот что получится.
Мидель 1-миллимитровой песчинки стали (пусть квадратной формы), в 2 млн.раз меньше. Вес - 0.007 грамм - это в 42.8 млн.раз меньше.
Таким образом, сплошная миллимитровая песчинка стали проживет на 1000-километровой орбите в 21.4 раза меньше, чем ваш в основном полый внутни спутник.  Это 21.5 лет.
Сантиметровый стальной болт будет болтаться 215 лет.
Если взять столкновение Космоса и Иридиума, то это было ниже, на высотах 800 с лишним километров, и такие песчинки уже скоро должны входить в атмосферу,  а на достаточно продолжительное время останутся в основном детали от сантиметра и больше.

А что, 20 лет не срок? Нет, по сравнению с вечностью, конечно, это мгновение. Но нам нужны спутники здесь и сейчас. И мнится мне, что с внедрением нанотехнологий в спутникостроении проблема мусора будет только усугубляться. Еще неизвестно от чего вред меньшею От двухтонного компактного многофункционального монстра с перспективой существования в качестве мусора длиной в мафусаилов век, или от постоянно возобнавляемого роя короткоживущих сугубо утилитарных нанокарликов.

[kismet]

Килограммовый спутник с орбитой на высоте 670 километров, длительность жизни оценена всего в 25 лет.

А выше 800 км, как я написал, сколько?

[kismet]

Таким образом, проблема эта очень легко, дёшево и эффективно решается. Было бы желание.

Чужую беду - руками разведу. Вы не читаете чужие ответы. Я же написал, что основой проблемой сейчас видят существование на низких орбитах крупных, потенциально взрывоопасных, объектов - ступеней, спутников. Каждый из которых может взорваться и породить сотни фрагментов, часть из которых обязательно столкнется с другими крупными объектами, которые тоже могут взорваться и т.д. В этом случае количество новых фрагментов лавинообразно увеличится и в космос на какое-то время станет невозможно запускать новые спутники. Поэтому и обсуждают различные аспекты (технические, юридические и т.д.) снятия с низких орбит крупных спутников и ступеней.

[kismet]

Думаю, что не допускать появления новых тонн мусора было бы достаточно.

Расчеты НАСА показывают, что недостаточно. Что если ничего не делать, то человечество столкнется с проблемой уже через 25 - 50 лет. Срок совсем небольшой.

[kismet]

Плюс активно развиваются микроспутники (нано, пикто и т.д.)  - их уже хотят тысячами пускать, а они изначально не имеют никаких двигателей для маневров, и, что самое страшное, практически не отслеживаются существующими системами контроля космического пространства. 

Ссылка на программу очередной конференции по микроспутникам  http://www.itu.int/en/ITU-R/space/workshops/2015-prague-small-sat/Pages/agenda.aspx

ITU Symposium and Workshop on small satellite regulation and communication systems
Sustainable development of small satellite systems

Доклады "кликабельны"

[a_babich]

Лазером по мусору

http://geektimes.ru/post/249318/

[LonelyWanderer]

Думаю, что не допускать появления новых тонн мусора было бы достаточно.

Расчеты НАСА показывают, что недостаточно. Что если ничего не делать, то человечество столкнется с проблемой уже через 25 - 50 лет. Срок совсем небольшой.

"Ничего не делать", это подразумевает эксплуатацию космоса в прежнем порядке. Т.е. ежегодно добавляя новые спутники тех же технологий. Однако если истинно ничего не делать, т.е. либо вообще не запускать больше ничего, либо запускать, но с технологиями свода с орбиты (например с помощью предложенного мною паруса), то ничего катастрофического не произойдёт. Конечно, синдром Кесслера  еще на некоторую величину увеличит загрязнённость космоса, но этот пик будет пройден, и потом пойдёт на спад. На сегодняшний день, думаю, что ситуация не критическая, и если прямо сейчас начать работу над  запускаемыми спутниками, то космос не станет недоступным.

[LonelyWanderer]

Килограммовый спутник с орбитой на высоте 670 километров, длительность жизни оценена всего в 25 лет.

А выше 800 км, как я написал, сколько?

ESTCube-1, для которого оценено время жизни в 25 лет на высоте 670 километров, могу посчитать для орбиты 1200 километров, очень приблизительно (ибо лень делать сложные вычисления ради точности).
На высоте 670 километров плотность атмосферы 4.406 * 10^-14
На высоте 1200 км, согласно ГОСТ 4401-81 (спасибо 1212Lupus за ссылку на него) -  1.955*10^-15
Разница по плотности - 22.54 раза. В ходе спуска с 670 километров и с 1200 километров будет плавно увеличиваться плотность, и здесь бы нужны формуры, но прикинем оценочно, что именно в 22.4 раза.
Значит наноспутник формата CubeSat проживет на 1200-километровой орбите 560 лет.
Однако, если его снабдить парусом 2*2 метра, как я предлагал и рисовал выше, сопротивление увеличится в 400 раз. Итого даже на 1200-километровой орбите он проживёт всего чуть более года.

Это очень технологически сложно, сделать развертываемый парус размером с простыню? Думаю, это вообще не проблема. Тем более, если расчеты верны, то для более низких орбит потребуются куда меньшие паруса.
Например, если ESTCube-1 будет жить на 670 километровой орбите 25 лет, а его срок эксплуатации - 1 год, то, чтобы он был на достаточной высоте весь срок эксплуатации, срок жизни  его нужно уменьшить лет до 5. Т.е. нам нужно в 5 раз быстрее его сбросить. Т.е. увеличить площадь лобового сопротивления в 5 раз, т.е. на спутник 10*10 см нужен парус 22*22 см. Для такого спутника, чтобы создать такой парус, его даже не обязательно делать матерчатым на стропах, достаточно сделать выдвижную или раскладываему пластину, которая, кстати, может служить и как солнечная батарея.