Космос науке
Освоение космоса во многом помогает
в развитии наук:
- 18 декабря 1980 года было установлено явление стока частиц радиационных поясов Земли под отрицательными магнитными аномалиями.
Эксперименты, проведённые на первых
спутниках показали, что околоземное
пространство за пределами атмосферы
вовсе не «пустое». Оно заполнено плазмой,
пронизано потоками энергетических частиц.
В 1958 г. в ближнем космосе были обнаружены
радиационные пояса Земли - гигантские
магнитные ловушки, заполненные заряженными
частицами - протонами и электронами высокой
энергии.
Наибольшая интенсивность радиации
в поясах наблюдается на высотах
в несколько тысяч км. Теоретические
оценки показывали, что ниже 500 км не
должно быть повышенной радиации. Поэтому
совершенно неожиданным было обнаружение
во время полётов первых К.К. областей
интенсивной радиации на высотах до 200-300
км. Оказалось, что это связано с аномальными
зонами магнитного поля Земли.
- Распространилось исследование природных ресурсов Земли космическими методами, что во многом посодействовало развитию народного хозяйства.
- С самого начала спутниковая фотография использовалась для изучения Земли, мониторинга окружающей среды, промышленных объектов. К 2002 году развитие телекоммуникаций сделало огромный объём спутниковых снимков всей уголков нашей планеты доступным каждому с помощью программы Google. Спутниковые коммуникации широко используются для телевизионной, Интернет и телефонной связи. Космические системы позиционирования используются самолётами, морскими судами, автомобилями и туристами.
- Всё это и намного большее станет возможным с появлением нового пути в космос, более эффективного даже, чем современные корабли многоразового использования. С участием NASA разрабатываются планы строительства космического лифта! Ввиду малой силы притяжения Луны, строительство такого лифта из точек Лагранжа, где уравновешены силы тяготения Луны, Земли и Солнца, до поверхности Луны возможно даже с помощью сегодняшних технологий! Потребуется лишь кабель из свехпрочного волокна «M5», общим весом 7 тонн, который может быть поднят в космос за один запуск.
- Строительство такого лифта на Земле потребует более совершенных материалов, при этом, по расчётам, углеродные нанотрубки будут достаточно прочными для этих целей. Необходимые технологии могут быть разработаны в течение 10—15 лет. Но когда космический лифт будет построен, стоимость вывода грузов на орбиту упадёт до десятков долларов за килограмм. Вероятно, сразу же после появления первого лифта по экватору будут возведены новые, потом их усовершенствуют, и они будут представлять собой уже не несколько тонких лент, а ажурные башни с сооружениями на промежуточных уровнях.
- Также сейчас серьезно рассматриваются планы (НАСА) по добыче ресурсов на Луне и астероидах. Один из видов полезных ископаемых, добыча которого в космосе может быть экономически оправдана — это гелий-3. На Земле его нет, на Луне он присутствует в избытке (собранный Луной из солнечного ветра за миллиарды лет). А он, в то же время, является отличным топливом для термоядерной энергетики.
- Независимо от экономических перспектив, вопросы строительства обитаемых баз на Луне и Марсе остаются на повестке дня. Китай собирается построить первую базу на Луне, Россия и США стремятся к Марсу. Постепенное улучшение технологий делает эти проекты всё более реальными.
- Теперь о двигателях. В начале космической эры мы использовали ракетные двигатели. С тех пор предлагалось много альтернатив, но пока они не стали доминирующими. В будущем для полётов внутри Солнечной системы будут использовать ионные двигатели. Уже сейчас они обеспечивают необычайно высокую эффективность. Для подъёма на орбиту могут найти применение лазерные двигатели. Когда космический лифт будет построен, он заменит ракеты в этой области.
- Также для полёта к звёздам могут быть использованы атомные и фотонные двигатели, позволяющие путешествовать на околосветовых скоростях. Однако, если это физически возможно, то Сверхразум будущего наверняка найдёт способ обхода светового барьера.
- Прежде чем что-либо использовать, надо до этого долететь. Весьма вероятно, что эту задачу возьмут на себя так называемые зонды Фон-Неймана: разумные самовоспроизводящиеся корабли-автоматы, способные, долетев до цели, изучить её, передать информацию и создать сотни своих копий, которые будут отправлены к новым звёздам.
- Развитие ракетостроения закладывает исследовательскую и зкспериментальную базу для будущего, скорее всего, сверхтехнологического прорыва в ближний, а затем и в дальний космос.
Загрязнение космоса
Проблема засорения околоземного
космического пространства «космическим
мусором» как чисто теоретическая
возникла по существу сразу после
запусков первых искусственных спутников Земли в
конце пятидесятых годов. Официальный
статус на международном уровне она получила
после доклада Генерального секретаря ООН под
названием «Воздействие космической деятельности
на окружающую среду» 10 декабря 1993 г., где особо отмечено, что проблема
имеет международный, глобальный характер:
нет засорения национального околоземного
космического пространства, есть засорение
космического пространства Земли, одинаково
негативно влияющее на все страны.
Необходимость мер по уменьшению интенсивности
техногенного засорения космоса
становится понятной при рассмотрении
возможных сценариев освоения космоса
в будущем. Существуют оценки, так
называемый «каскадный эффект», который
в среднесрочной перспективе
может возникнуть от взаимного столкновения
объектов и частиц «космического
мусора». При экстраполяции существующих
условий засорения низких околоземных орбит (НОО), даже с учетом мер по снижению в
будущем числа орбитальных взрывов (42 %
всего космического мусора) и других мероприятий
по уменьшению техногенного засорения,
этот эффект может в долгосрочной перспективе
привести к катастрофическому росту количества
объектов орбитального мусора на НОО и,
как следствие, к практической невозможности
дальнейшего освоения космоса. Предполагается,
что «после 2055 года процесс саморазмножения
остатков космической деятельности человечества
станет серьёзной проблемой»
В настоящее время в
районе низких околоземных орбит (НОО) вплоть
до высот около 2000 км находится, по разным
оценкам, порядка 220 тыс. техногенных объектов
общей массой до 5000 тонн. На основе статистических
оценок делаются выводы, что общее число
объектов подобного рода достаточно неопределенно
и может достигать 60 000 − 100 000. Из них только
порядка 10 % (около 8600 объектов) обнаруживаются,
отслеживаются и каталогизируются наземными
радиолокационными и оптическими средствами
и только около 6 % отслеживаемых объектов —
действующие. Около 22 % объектов прекратили
функционирование, 17 % представляют собой
отработанные верхние ступени и разгонные
блоки ракет-носителей, и около 55 % — отходы,
технологические элементы, сопутствующие
запускам, и обломки взрывов и фрагментации.
Большинство этих объектов
находится на орбитах с высоким
наклонением, плоскости которых
пересекаются, поэтому средняя относительная
скорость их взаимного пролета составляет
около 10 км/с. Вследствие огромного запаса кинетической
энергии столкновение любого из этих объектов
с действующим космическим летательным
аппаратом может повредить его или даже
вывести из строя. Примером может послужить
первый случай столкновения искусственных
спутников: Космос-2251 и иридиум 33, произошедший 10 февраля 2009
года. В результате оба спутника полностью
разрушились, образовав свыше 600 обломков.
Эффективных мер защиты от объектов
такого космического мусора почти нет.
Наиболее засорены те области орбит вокруг Земли,
которые чаще всего используются для работы
космических аппаратов. Это НОО, геостационарная орбита (ГСО) и солнечно-синхронные
орбиты (ССО).
Вклад в создание космического
мусора по странам: Китай — 40 %; США — 27,5 %; Россия —
25,5 %; остальные страны — 7 %
Методы борьбы с космическим
мусором
Эффективных практических мер по уничтожению
космического мусора на орбитах более
600 км на настоящем уровне технического
развития человечества не существует.
Хотя в ряду других рассматривался, например,
проект спутника, который будет искать
обломки и испарять их мощным лазерным лучом или
наземный лазер, который должен тормозить
обломки для входа и последующего сгорания
их в атмосфере, либо аппарат, который
будет собирать мусор для его дальнейшей
переработки. Вместе с тем актуальность
задачи обеспечения безопасности космических
полетов в условиях техногенного загрязнения
околоземного космического пространства
(ОКП) и снижения опасности для объектов
на Земле при неконтролируемом вхождении
космических объектов в плотные слои атмосферы
и их падении на Землю стремительно растет.
Поэтому в обеспечение решения этой проблемы
международное сотрудничество по проблематике
«космического мусора» развивается по
следующим приоритетным направлениям:
- Экологический мониторинг ОКП, включая область геостационарной орбиты (ГСО): наблюдение за «космическим мусором» и ведение каталога объектов «космического мусора».
- Математическое моделирование «космического мусора» и создание международных информационных систем для прогноза засоренности ОКП и её опасности для космических полетов, а также информационного сопровождения событий опасного сближения КМ и их неконтролируемого входа в плотные слои атмосферы.
- Разработка способов и средств защиты космических аппаратов от воздействия высокоскоростных частиц «космического мусора».
- Разработка и внедрение мероприятий, направленных на снижение засоренности ОКП.
Поскольку экономически приемлемых методов
очистки космического пространства
от мусора пока не существует, основное
внимание в ближайшем будущем
будет уделено мерам контроля,
исключающим образование мусора,
таким как предотвращение орбитальных
взрывов, сопутствующих полету технологических
элементов, увод отработавших ресурс космических
аппаратов на орбиты захоронения, торможение об атмосферу и
т. п.
В то же время поскольку большинство
мер по уменьшению засорения прямо
или косвенно затрагивает вопросы
формирования облика и конкурентоспособности
перспективной космической техники
и сопряжены со значительными
затратами по проектам её модернизации,
перспективные общие нормативы
и стандарты по засоренности ОКП
необходимо принимать взвешенно
и на глобальной основе.