Загрязнение космоса. 2
ЗАГРЯЗНЕНИЕ
КОСМОСА
В 1957 г., когда запустили первый искусственный спутник Земли, ученые только приблизительно знали его орбиту. Группы наблюдателей выезжали на то место, где он предположительно должен быть виден. Каждому выделяли свой участок неба. И ждали, пока кто-нибудь увидит спутник. Так выясняли, по каким местам на небе и над какими районами на Земле он пролетал, и по этим данным определяли орбиту спутника с очень низкой, конечно, точностью. В последующие годы происходили запуски новых спутников, а к тем, которые уже перестали передавать сигналы на Землю, интерес терялся, и очень скоро никто не знал, по какой орбите они летают. Помимо спутников, в ближнем космосе оказывались и верхние ступени ракет-носителей, и их орбиты никто не изучал. В 1961 г. произошел первый взрыв ступени ракеты-носителя спутника США серии "Транзит", а в 1964 г. - первый целенаправленный взрыв (по команде с Земли) советского спутника "Космос-50". Начался рост числа "рукотворных", но уже никому не нужных предметов на околоземных орбитах. На первых порах эти события не волновали ни ученых, ни проектировщиков космической техники, ни общественность.
Всерьез
о проблеме загрязнения космоса
заговорили лишь в 80-е годы, так как
сложившееся положение в
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
Появление
нового типа небесных объектов искусственного
происхождения астрономы
Появилось абсолютно новое понятие - космический мусор. Оно объединяет спутники, исчерпавшие свои энергетические ресурсы, верхние ступени ракет-носителей, различные детали, сопутствующие запуску, и многое другое, что уже никогда не принесет никакой пользы человечеству, но вполне может остаться практически навечно в околоземном пространстве. За 43 года космической деятельности человека на разные околоземные орбиты и в далекий космос было запущено более 20 тыс. объектов общей массой свыше 3 тыс. т.
Раньше всех на проблему антропогенного загрязнения околоземного космоса обратило внимание Национальное космическое агентство США (НАСА) и отнеслось к ней очень серьезно. Система контроля космического пространства в США обеспечивает информацией правительственные и иные учреждения, что позволяет этой системе активно развиваться и совершенствоваться, оснащаться большими оптическими телескопами. К примеру, комплекс наблюдения за космосом на острове Мауи (Гавайи) имеет телескопы, диаметры зеркал которых 1.2 и 1.6 м, с проницающей способностью до 18-й звездной величины. В 1999 г. на Гавайях введен в эксплуатацию телескоп с зеркалом диаметром 3.7 м, оборудованный самым современным приемником излучения. В 2000 г. началась эксплуатация модернизированной станции американской системы слежения за космосом в контейнерном исполнении, которую можно быстро развернуть в нужном месте. Проницающая способность телескопа превышает 20-ю звездную величину. Такому оборудованию могут позавидовать профессиональные астрономы.
ПОДРОБНЕЕ О КОСМИЧЕСКОМ МУСОРЕ
Отслеживаемые телескопами и радарами служб контроля и занесенные в каталоги объекты имеют минимальные размеры 10-30 см для низких орбит (высоты орбит от 200 до 2000 км) и около 1 м на геостационарной орбите (высота круговой экваториальной орбиты около 35 800 км).
Число объектов размером 1-10 см можно оценить лишь статистически (это примерно 70000 -150000 объектов), поскольку они не наблюдаются ни телескопами, ни радарами, и не могут, поэтому быть занесены ни в какие каталоги. Количество частиц, имеющих размеры менее 1 см, оценивается в несколько миллионов. Количество объектов микронного и меньшего размера, газовой и пылевой фракций - порядка 1013-1014. Столкновение любого фрагмента размером более 1 см с действующим спутником опасно для последнего из-за большой кинетической энергии осколка и может стать причиной прекращения его функциональной деятельности (это еще не самое худшее последствие, если учесть, что на спутнике может находиться ядерный реактор).
Для
оценки реального риска столкновения
действующих спутников с
Основным источником некаталогизированных объектов являются разрушения космических аппаратов и ракет-носителей вследствие взрывов или высокоскоростных столкновений. При этом, чем меньше размер фрагмента, тем большее количество обломков такого размера образуется. Следовательно, наблюдаемые обломки составляют лишь очень небольшую часть общего числа частиц, находящихся в околоземном пространстве.
Наиболее засорены, конечно же, часто используемые области околоземных орбит: на высотах 850-1200 км и в зоне геостационарных орбит. Здесь же концентрируется и космический мусор. На высотах 850-1200 км летают метеорологические спутники и спутники дистанционного зондирования Земли, а также большая часть спутников с ядерными энергетическими устройствами. Последние на этих высотах могут существовать сотни лет до полного исчезновения радиационной опасности. Случаи досрочного разрушения возможны вследствие соударения с частицей размером меньше 0.1 см, летящей со скоростью пули -10 км/с.
Геостационарная
орбита плотно заселена объектами космической
индустрии - спутниками- стационарами.
В настоящее время там
В ближней части околоземного пространства, на высотах ниже 400 км, то есть в области полета пилотируемых аппаратов, также имеется большое количество космического мусора, но эти объекты сравнительно недолговечны: через несколько лет после образования они сгорают в атмосфере Земли. Периодическое самоочищение низких орбит за счет трения объекта об атмосферу вызвано тем, что эффект трения приводит к вековому изменению большой полуоси орбиты объекта, постепенно уменьшая ее, пока объект не войдет в плотные слои атмосферы и не сгорит в ней. Правда, в ряде случаев обломки спутников и верхних ступеней ракет падают на поверхность Земли.
Считалось, что на геостационарной орбите подобного механизма самоочищения не существует. Однако выполненный в Институте астрономии РАН цикл работ, посвященных изучению долговременной эволюции высокоорбитальных космических объектов под действием светового давления, в корне изменил это мнение. Дело в том, что из-за наличия реактивной силы, возникающей от переизлученного солнечного света поверхностью спутника или иного объекта, появляется сила давления, которая в случае асимметрии поля рассеяния его поверхностью (а это наблюдается практически у всех спутников и фрагментов космического мусора) вызывает долгопериодические и вековые изменения в большой полуоси, наклоне и эксцентриситете орбиты. Таким образом, можно утверждать, что и на геостационарной орбите существует механизм самоочищения.
СТОЛКНОВЕНИЯ И ВЗРЫВЫ НА ОРБИТАХ
24 июля 1996 г. на высоте примерно 660 км произошло первое столкновение французского спутника CERISE, запущенного в июле 1995 г. на солнечно-синхронную орбиту, с наблюдаемым фрагментом третьей ступени французской же ракеты "Ариан", вышедшей на орбиту в 1986 г. Относительная скорость во время столкновения была около 15 км/с, или около 50 000 км/ч. Впервые - через 39 лет с начала космической деятельности человека - проблема столкновений в космосе перестала быть абстрактной.
Как
естественные небесные тела, так и
обломки разрушающихся
Загрязненность околоземного космоса растет с увеличением мощи используемых для запуска ракет. Взрывы вторых ступеней семи ракет "Дельта" (из-за наличия остатков топлива и сложившихся условий перегрева) добавили более 1300 наблюдаемых и каталогизированных фрагментов. Та же причина приводила к взрывам в 90-х годах верхних ступеней ракет "Титан", "Космос", "Протон", "Зенит", "Рокот", "Пегас".
Несколько космических проектов было осуществлено, чтобы понять, насколько опасно существование космического мусора на низких орбитах в зоне пилотируемой космонавтики. В частности, с февраля по апрель 1990 г. на поверхности специальной платформы общей площадью 130 м2, установленной на спутнике, было зафиксировано более 35 тыс. ударов частиц крупнее 0.5 мм. Анализ показал, что "кратеры" были следствием соударения с частицами как искусственного (в том числе и от ядерных реакторов), так и естественного происхождения. Что касается падения на Землю больших кусков космического мусора (более 1 м2 в сечении), то в среднем они падают на ее поверхность не реже одного раза в неделю. К сожалению, возможностей точного предсказания времени и места их падения пока не существует.
Исследования, проведенные в последние годы в Институте астрономии РАН и НАСА, привели к выводу, что более 40% космического мусора, находящегося на низких околоземных орбитах, - это осколки, образовавшиеся в результате взрывов вторых ступеней ракет и спутников на орбитах. А что происходит с теми спутниками, которые располагаются на геостационарных орбитах?
Положение геостационарных спутников, находящихся в режиме эксплуатации, все время корректируется, поэтому эти спутники (их называют "активными") имеют сравнительно малые относительные скорости - менее 5 м/с. Орбиты утративших свою активную деятельность (их называют "пассивными") спутников начинают эволюционировать по законам небесной механики: плоскость орбиты прецессирует с периодом 52 года и амплитудой около 15°. При этом относительные скорости двух спутников могут достигать 1 км/с.
На геостационарную орбиту спутники запускают с 1963 г., а уже через год некоторые из них перестают быть активными и их орбиты начинают эволюционировать. Это привело к тому, что в 90-х годах плоскости их орбит вновь сблизились с геостационарной орбитой, а впервые десятилетия XXI в. этот процесс станет массовым. Появится дополнительная опасность столкновений функционирующих объектов с отработавшими свой срок и как результат этого - образование массы новых фрагментов космического мусора. Поэтому необходимо держать под контролем все спутники и их перемещения на геостационарной орбите.
Такой
контроль можно осуществить с
помощью больших
Есть основания считать, что столкновения и взрывы спутников на геостационарной орбите происходят столь же часто, как и на низкой орбите, но поиск и изучение осколков на геостационарной орбите представляет собой особую проблему. Первым шагом в ее решении является установление факта взрыва. Наблюдениями твердо установлены три факта взрывов на геостационарной орбите. Однако эти же события можно выявить и по косвенным признакам: по внезапным изменениям элементов орбит спутников или скорости дрейфа наблюдаемого объекта. В Институте астрономии РАН проводилось сравнение значений большой полуоси орбит ракет-носителей на геостационарной орбите в момент запуска с их значениями в более поздние моменты времени. Всего было проанализировано около сотни орбит, из которых 19 показали значимые изменения большой полуоси. По-видимому, эти объекты претерпели взрыв или разрушение.
Считая, что количество образующихся при взрывах обломков примерно такое же, как и на низких орбитах (порядка 100 размером более 10 см), получаем, что число таких фрагментов превышает 2000. Между тем на геостационарной орбите закаталогизированно всего около 800 объектов.
ЗАДАЧИ ОКОЛОЗЕМНОЙ АСТРОНОМИИ
Наблюдение, каталогизация, моделирование ситуации на разных высотах околоземного пространства с учетом прохождения Земли через многочисленные метеорные потоки и мониторинг наиболее опасных направлений прихода в околоземное пространство естественных космических объектов - это новые проблемы околоземной астрономии.
Одной из важнейших задач ближайшего будущего должен стать контроль за функционированием действующих аппаратов в космосе: определение формы, ориентации и других характеристик запущенных аппаратов с целью распознавания их назначения и разработка механизма контроля за мирным использованием космического пространства.
Практически задача определения формы и ориентации космических объектов решается на основе длинных рядов фотометрических наблюдений. Зная все характеристики поля рассеяния исследуемого объекта, можно установить его форму с той степенью детализации, которая допускается фотометрической точностью. Это весьма трудоемкая работа, требующая длительных наблюдений в течение всего периода видимости объекта на протяжении нескольких ночей. Решение таких задач - яркий пример возможностей использования оптических координатно-фотометрических наблюдений спутников.
Для
наблюдений фрагментов космического мусора
на геостационарной орбите предложены
проекты специализированных спутников
и проекты специальной
Эволюция "мусорного" окружения Земли не может быть точно предсказана из-за постоянно растущего числа пользователей (включая коммерческие запуски), появления новых технологий запусков малых спутников и "созвездий" коммуникационных спутников (типа "Иридиум"), наконец, неопределенности будущих взрывов и столкновений всех этих объектов на орбитах. Число и размеры фрагментов, возникающих в результате столкновения двух объектов, зависят от разных факторов: массы сталкивающихся объектов, их скорости и проч.
Из-за огромного количества находящихся в околоземном пространстве частиц различного происхождения не может быть и речи об их полном и постоянном отслеживании. Поэтому актуальными направлениями дальнейшего исследования загрязнения околоземного пространства являются:
• совершенствование методики моделирования мелких фрагментов космического мусора на основе специальных экспериментов и согласования параметров моделей с экспериментальными данными;
• изучение общих закономерностей процесса миграции вещества в Солнечной системе, источников пополнения семейства объектов, сближающихся с Землей, выявление и каталогизация таких объектов;
• проведение наблюдений представительных выборок объектов искусственного и естественного происхождения, населяющих околоземное пространство, уделяя особое внимание исследованию взорвавшихся объектов;
• осуществление по фотометрическим данным выборочного контроля за отдельными объектами.
Первыми
заметили неумолимые признаки, свидетельствующие
о чрезмерной эксплуатации космоса,
астрономы. Не случайно в 1999 г. Международный
астрономический союз и КОСПАР организовали
симпозиум на тему "Сохранность астрономического
неба" ("Preserving the Astronomical Sky"). Но завтра
последствия чрезмерной эксплуатации
космоса затронут и других его "пользователей",
а затем и всех людей на Земле.
ПЕРСПЕКТИВЫ
МЕЖДУНАРОДНО-ПРАВОВОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
КОСМОСА
МЕЖДУНАРОДНО-ПРАВОВЫЕ
АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ
ЭКОЛОГИИ КОСМОСА
Основополагающим документом, имеющим отношение к проблеме сохранения устойчивого экологического состояния космической среды, является Договор по космосу (1967 г.). Статья 1 этого Договора предусматривает осуществление космической деятельности таким образом, чтобы не затруднить и не нарушить права других стран на мирное освоение космоса. В статье 4 Договора подчеркивается, что государства несут международную ответственность за национальную деятельность в космическом пространстве (в том числе и грозящую негативными экологическими последствиями), независимо от того, осуществляется ли она правительственными или неправительственными юридическими лицами или организациями. Статья 7 предусматривает, что участники Договора, осуществляющие или организующие запуск объекта в космос, а также государство, с территории или установок которого производится запуск космического объекта, несут международную ответственность за ущерб, причиненный такими объектами или их частями на Земле, в воздушном или космическом пространстве. Согласно статье 9 Договора его участник обязан провести международные консультации, если его деятельность или запланированный эксперимент создают потенциально вредные помехи деятельности других государств в деле мирного освоения космоса (при этом отсутствуют четкие критерии, относящие помехи к категории "вредных", а также механизм проведения и не определена форма консультаций). И наконец, та же 9-я статья Договора призывает государства информировать Генерального секретаря ООН, общественность и международное научное сообщество в максимально возможной и практически осуществимой степени о характере, ходе, местах и результатах своей космической деятельности, в том числе и сопряженной с загрязнением Земли и космоса.
Особое место в международно-правовом регулировании вопросов экологии космоса принадлежит "Конвенции об ответственности за ущерб, причиненный космическими объектами" (1972 г.). Конвенция налагает на государство, осуществляющее запуск, абсолютную ответственность за ущерб, нанесенный космическими объектами на поверхности Земли и воздушному судну в полете (ст. 2). В случае если причиняется ущерб космическому объекту одного государства космическим объектом другого государства, последнее несет ответственность только тогда, когда ущерб причинен по вине или его, или лиц, за которых оно отвечает. Определяя термин "космический объект", как включающий составные части "космического объекта", а также средства его доставки (ракеты-носители) и его части (ступени и его отдельные узлы), не обязательно функционирующие, конвенция сохраняет потенциальную ответственность запускающего государства за загрязнение космоса.
Установление ответственности за ущерб, наносимый космическим объектом космической окружающей среде весьма проблематично. Здесь важно учитывать, что ответственность возникает лишь в результате ущерба. Этот термин определяется в статье 1 Конвенции как "лишение жизни, телесное повреждение или иное повреждение здоровья; уничтожение или повреждение имущества государств либо физических и юридических лиц или имущества международных межправительственных организаций". Несмотря на довольно значительный перечень возможных ситуаций, очевидно, что все они относятся к физическому ущербу и не распространяются на космическую среду. "Соглашение о спасении космонавтов и возвращении объектов, запущенных в космическое пространство" (1968 г.) также содержит ряд положений, имеющих косвенное отношение к экологии космоса. По этому Соглашению сторона, обнаружившая, что космический объект или его часть приземлился на ее территории, обязана уведомить об этом как страну, запустившую объект в космос, так и ООН. Если у страны, обнаружившей этот объект, есть причины полагать, что сам объект или его часть представляет какую-то угрозу или вред, то эта страна может уведомить об этом государство, запустившее объект, которое, в свою очередь, обязано предпринять немедленные эффективные шаги (под руководством и контролем страны, обнаружившей объект) для устранения угрозы или вреда.
"Конвенция
о регистрации космических
При
этом существует очевидное и доступное
общественному пониманию
В декабре 1990 г. Генеральная Ассамблея ООН в своей резолюции № 45/72 впервые отметила, что вопрос о "космическом мусоре" вызывает обеспокоенность у всех государств и в этой связи высказалась за то, что мировому сообществу необходимо уделять больше внимания вопросу оценки опасности столкновений с космическим мусором и другим аспектам этой проблемы, а также призвала продолжить национальные исследования в этом направлении. К экологическим проблемам современной космонавтики относится проблема обеспечения безопасности использования ядерных источников энергии (ЯИЭ) на борту космических объектов, которая возникает в случае их проникновения в атмосферу или падения на поверхность Земли. Что касается опасности радиоактивного загрязнения небесных тел в результате нахождения на них таких объектов, то при современном уровне развития техники едва ли возможно выходить за рамки уже не раз упоминавшегося выше Договора по космосу (1967 г.).
Предотвращение
загрязнения космоса
- "Договором об ограничении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой" (1963 г.), запрещающим взрывы ядерного оружия или другие ядерные взрывы в космическом пространстве и в атмосфере Земли;
- "Конвенцией об оперативном оповещении, о ядерной аварии" (1986 г.), предусматривающей обязанности сторон по оповещению государств о возможной угрозе от инцидента с реактором или от применения радиоизотопов в космосе;
- "Конвенцией о помощи в случае ядерной аварии или радиационной аварийной ситуации" (1986 г.), устанавливающей рамки, в пределах которых одна сторона может оказать помощь другой в случае ядерного инцидента или радиологической опасности, связанной с появлением радиоактивных космических обломков.
Генеральная Ассамблея ООН 14 декабря 1992 г. одобрила и приняла "Принципы, касающиеся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве". В специальной резолюции подчеркивалась применимость международного права к деятельности, связанной с использованием ядерных источников энергии. Этот документ предусматривает обязательство государств, запускающих космические объекты с ядерными источниками энергии на борту, прилагать усилия для защиты отдельных лиц, населения и биосферы от радиологических опасностей. Конструкция и использование космических объектов с ядерными источниками энергии на борту с высокой степенью уверенности должны обеспечивать такую безопасность, чтобы при предвидимых нормальных или аварийных обстоятельствах степень опасности была ниже приемлемых уровней. Руководящим принципом безопасного использования ЯИЭ названо сведение к минимуму количества радиоактивного материала в космосе.
В ходе нормальной эксплуатации космических объектов с ядерными источниками энергии на борту должно соблюдаться рекомендованное международной Комиссией по радиологической защите требование обеспечения надлежащей защиты населения. Особо оговорены случаи аварии с космическими объектами, имеющими ЯИЭ в составе своей конструкции.
В принятых Принципах формулируется ряд требований к космической технике, несущей на борту ядерный материал, а именно требования:
- к системам безопасности устройств с ядерными источниками энергии;
- к ядерным реакторам и радиоизотопным генераторам, которые используются в качестве ЯИЭ на космических объектах;
- по безопасности применения ЯИЭ.
Особое место в "Принципах, касающихся использования ядерных источников энергии в космическом пространстве" отводится принципу уведомления о возвращении. Проведенный анализ договоров, соглашений и принципов деятельности, имеющих отношение к проблеме космической экологии, свидетельствует о том, что эти документы создают достаточно хорошую основу будущего международного режима для решения задач защиты космической среды.

- Загрязнение космоса
- Загрязнение литосферы
- Загрязнение литосферы
- Загрязнение литосферы
- Загрязнение литосферы
- Загрязнение литосферы
- Загрязнение литосферы
- Загрязнение запасов пресной воды
- Загрязнение и отходы
- Загрязнение и охрана атмосферы
- Загрязнение и охрана окружающей среды
- Загрязнение и охрана окружающей среды при добыче и переработке нефти
- Загрязнение и охрана окружающей среды Тамбовской области
- Загрязнение космоса