II. Основные законы экологии и учение о биосфере



страница12/22
Дата23.04.2016
Размер4.82 Mb.
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   22

57. Предпосылки и факторы техногенного воздействия ракетно-космической техники (РКТ) на окружающую среду

Состав и свойства ракетных топлив

Ракетное топливо - вещество или совокупность веществ, яв­ляющихся источником одновременно энергии и рабочего тела. В общем случае ракетное топливо должно обладать высоким удель­ным импульсом тяги, возможно, большей плотностью и стабиль­ностью, совместимостью с конструкционными материалами, же­лательно невысокими токсичностью и пожароопасностью, иметь хорошую сырьевую базу и невысокую стоимость. В качестве топлива может быть использована почти вся периодическая таблица Менделеева, однако на практике спектр компонентов, применяемых на действующих и перспективных носителях, достаточно ограничен.

В ракетной технике основным видом топлива является химиче­ское, т.е. такое, которое в результате химической реакции окисле­ния, разложения или рекомбинации образует высокотемпературные продукты, создающие реактивную тягу при своем истечении из ра­кетного двигателя.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов хими­ческие ракетные топлива подразделяют на жидкое - для жидко­стных ракетных двигателей (ЖРД), твердое - для ракетных двига­телей на твердом топливе (РДТТ), а также гибридное. В настоя­щее время широко изучается желеобразные и тиксотропные топлива.

Для ракет-носителей характерно применение жидкого двухкомпонентного топлива (табл. 10.4).

Таблица 10.4 Технические и экономические характеристика

двухкомпонентных жидких ракетных топлив В качестве окислителя в жидких ракетных топливах использу­ется жидкий кислород, тетраоксид азота, а в качестве горючего -несимметричный диметилгидразин (НДМГ), смесь НДМГ с гид­разином (аэрозин), углеводородные горючие типа керосинов, во­дород.

Топлива на основе жидкого кислорода. В начальный период раз­работки ЖРД широко применялось топливо жидкий кислород -этиловый спирт, которое в дальнейшем было заменено парой жид­кий кислород - керосин. Топливо кислород - керосин является дешевым и надежным, оно хорошо освоено в производстве и эксплуатации. На этом топливе обычно работают ЖРД больших тяг. Применяется на ракетах-носителях «Энергия», «Восток», (Россия), «Торад-Дельта», «Атлас - Центавр» (США), серия N (Япония).

Топлива на основе тетраоксида азота. При необходимости дли­тельного хранения топлива наиболее широко используются: тет­раоксид азота (AT) - несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и тетраоксид азота - смесь НДМГ с гидразином в соотношении 1:1. Эти топлива используются на отечественном носителе «Про­тон», носителе КНР «Великий поход», европейском «Ариан» (AT -НДМГ), носителях США «Титан», «Дельта» (AT - Аэрозин).

Твердые топлива. Относятся к классу унитарных, т. е. содер­жащих горючее в смеси с окислителем. В качестве окислителя обычно используется перхлорат аммония, заполимеризованный с горючим связующим на основе полибутадиена и его модифика­ций. Для улучшения энергетических показателей в топливо до­бавляется металл, обычно алюминий.

В современных ракетных двигателях на твердом топливе наи­более широко используют гетерогенные смесевые твердые топ­лива, которые представляют собой механическую смесь твердых мелких частиц окислителя, порошка металла или его гидрида, равномерно распределенных в органическом полимере, являю­щимся горючим и выполняющим одновременно роль связую­щего для твердых компонентов, а также вспомогательных ком­понентов, улучшающих технологические, механические, балли­стические и эксплуатационные свойства топлив. В качестве окислителя применяют богатые кислородом соли азотной, хлор­ной кислот, а также взрывчатые органические нитросоединения. Наиболее широко в качестве окислителя применяют перхлорат аммония:

Перхлорат аммония NH4C1O4 (окислитель).........................69,60%

Порошок алюминия...............................................................16,00%

Синтетический каучук PBAN (сополимер

полибутадиена, акрилонитрила и акриловой кислоты)......12,04%

Окись железа (катализатор скорости горения)......................0,40%

Эпоксидная смола (агент полимеризации)............................1,96%



Состав и свойства продуктов сгорания ракетных топлив

Состав продуктов сгорания зависит как от состава исходного топлива, т.е. химической природы горючего, окислителя и соотношений между ними, так и от давления в камере сгорания и сте­пени расширения сопла. Продукты сгорания представляют собой смесь различных газов, нагретых до 3000...4000К.

Равновесный состав продуктов сгорания в камере определяет­ся по закону действующих масс. Согласно этому закону, скорость химических реакций прямо пропорциональна концентрации ис­ходных реагентов, каждый из которых берется в степени, равной стехиометрическому коэффициенту, с которым вещество входит в уравнение химической реакции. Исходя из состава топлив, мож­но считать, что продукты сгорания, например, жидких ракетных топлив в камере будут состоять из СО2, Н2О, СО, NO, ОН, N2, H2, N, Н, О; для твердого ракетного топлива - из А12O3, N2, H2, HC1, СО, СO2, Н20 при Т= 1100...2200 К.

Состав продуктов сгорания в камере может значительно отли­чаться от состава продуктов на срезе сопла из-за рекомбинации продуктов по соплу. С энергетической точки зрения наиболее выгоден процесс равновесного расширения, при котором темпе­ратура и давление продуктов падает, а состав изменяется в соот­ветствии с условиями химического равновесия. Тогда состав про­дуктов сгорания на срезе сопла определяется только степенью их расширения.



58. Загрязнения окружающей среды «космической» инфраструктурой при предстартовой подготовке и на активном участке полета

Наиболее ответственными операциями при предстартовой под­готовке пуска РН является заправка топливом и сжатыми газами. Эти операции выполняются автоматически, и вероятность возник­новения нештатных ситуаций и, соответственно, загрязнения окру­жающей среды определяется надежностью систем автоматического управления. При отмене запуска (или по другим причинам) осуще­ствляется слив компонентов топлива из баков горючего и окислите­ля, из заправочных магистралей в хранилища.

Основное техногенное воздействие при предстартовой подго­товке проявляется в виде загрязнения окружающей среды компо­нентами жидкого ракетного топлива и их парами.

Стартовым называют активный участок движения РН, на ко­тором ракета сохраняет стартовое положение. Стартовый участок характеризуется мощной акустической нагрузкой как на ракету-носител и космический аппарат, так и на окружающую среду.

Многочисленные экспериментальные данные и расчеты показы­вают, что на образование акустического поля затрачивается до 1% кинетической энергии струи. Частотный спектр шума простира­ется от нескольких герц до десятков килогерц. В настоящее время существует гипотеза того, что запуск сверх­тяжелых ракет-носителей служит стартовым импульсом крупно­масштабных колебаний геофизической системы, причем энергия колебаний этой системы превышает энергию, выделившуюся при сгорании ракетного топлива. Частный вид колебаний - это волны деформации земной коры, способные спровоцировать землетря­сения в наиболее напряженных ее участках, находящихся в зоне влияния запуска.

Истечение продуктов сгорания из сопла сопровождается мощным лучистым потоком в основном диапазоне видимых и инфракрасных длин волн. Плотность светового потока особенно велика для продуктов сгорания твердых ракетных топлив, для ко­торых степень черноты достигает 0,8.

Существенным фактором экологической нагрузки на окру­жающую среду как на стартовом участке работы двигателя, так и все время его работы на траектории является выброс продуктов сгорания. По модели переноса примесей в атмосфере с использо­ванием данных о составе продуктов сгорания и их массе можно рассчитать как скорость переноса, так и время жизни антропо­генных примесей в атмосфере. При дальнейшем движении на активном участке полета по траектории РН проходит через тропосферу, стратосферу и ниж­нюю часть ионосферы (термосферу). Кроме перечисленных фак­торов техногенного воздействия на окружающую среду, на стар­товом участке имеют место: специфические, наиболее значимые факторы воздействия на атмосферу на активном участке полета: это образование ударных волн и скачков уплотнения при движе­нии РН, достигшего трансзвуковых и сверхзвуковых скоростей, и, как следствие, газодинамическое возмущение атмосферы; разру­шение озонового слоя в стратосфере; уменьшение концентрации заряженных частиц в ионосфере; падение отработавших ступеней РН на Землю по трассам пуска и т.д.Районы падения по трассам пуска ракет-носителей При движении РН по траектории последовательно отделяются стартовые ускорители, отработавшие ступени, головные обтекатели, переходные отсеки последующих ступеней и другие элемен­ты конструкции, которые падают на поверхность Земли вдоль трасс пусков. Все они отделяются в разное время, различаются по массе, конфигурации и кинематическим параметрам (удаленно­сти от точки старта, скорости, высоте, углу наклона траектории к земной поверхности и т.д.). Это приводит к значительному рас­сеиванию отделяющихся частей по поверхности Земли. На мест­ности па расстояниях от точки старта до 800 км при двухступенча­том и до 2500 км при трехступенчатом выведении образуются «пятна» возможного падения частей РН площадью 1500...5000 км2

Площади зон падения ступеней ракет-носителей Учитывая, что каждый ЖРД имеет гарантированный запас то­плива, составляющий, как минимум, 1...2%, зоны падения ступе­ней с остатком токсичного топлива должны быть признаны об­ластями вредного воздействия на окружающую среду. Для всех действующих в настоящее время космодромов такая поверхность Земли составляет миллионы квадратных километров.
59. Влияние РКТ на озоновый слой и ионосферу. Проблема космического мусора

и пути предотвращения засорения ближнего космоса.

Озон разрушается в результате воздействия водяных паров, содержащихся в значительной мере в продуктах сгорания, а также оксидов азота, образующихся из азота и кислорода воздуха под действием высоких температур в факелах ракетных двигателей. И практически при полете любой РН в озоновом слое образуется «окно». Изменения в озоновом слое под воздействием ракетных выбросов можно количественно оценить с помощью фотохими­ческих моделей, достаточно подробно описывающих весь ком­плекс фотохимических превращений в тропосфере и стратосфере.

Модель разрушения озонового слоя при одиночном пуске РН «Энергия» можно представить следующим образом. В следе раке­ты диаметром несколько сотен метров озон разрушается полно­стью на всех высотах практически мгновенно. Под влиянием макротурбулентной диффузии выброшенные вещества переме­шиваются в столбе диаметром несколько километров за несколь­ко часов. Содержание озона в этом столбе на высотах 16...24 км уменьшается на 15...20% через 2 ч, а затем происходит восстановле­ние озона. Облако ракетных выбросов в атмосфере через неделю достигает нескольких сотен километров. Максимальное разрушение озона в облаке происходит на высотах 24...30 км примерно через 24 дня после прохождения РН. Одновременно в тропосфере и ионо­сфере происходит образование озона. С учетом компенсирующе­го положительного эффекта общее содержание озона в районе пуска РН «Энергия» (в пределах вертикального столба диаметром 550 км) снизится через 24 дня на 1,7% или в массовом отношении уменьшится на 27 тыс. т. В табл. 10.6, 10.7 приведены данные о разрушении озонового слоя.

Диаметр зоны разрушения озона при реакции с СО на разных высотах, кмТРазмер зоны локального разрушения озона в результатефотодиссоциации Н2О для различных РН и время ее достиженияВлияние пусков РН на ионосферу

При полете в ионосфере основной продукт сгорания тяжелых РН, работающих обычно на кислородно-водородном топливе, - вода. Учитывая отсутствие воды на больших высотах, сам факт ее появления в ионосфере оказывается фактором загрязнения при­родной среды, представляющим потенциальную опасность нару­шения естественного равновесия.

На высотах 70...90 км, где наиболее низкая температура, моле­кулы воды быстро конденсируются и смерзаются в кристаллики льда. В результате могут возникнуть искусственные облака, по­добные серебристым, образующим самый верхний облачной по­кров в атмосфере Земли. На еще больших высотах в ионосфере наблюдается взаимодействие водяных паров с ионосферной плазмой. В результате образуются зоны с пониженной плотно­стью электронов, которые изменяют характер распространения радиоволн различных частот, что приводит к нарушению связи и т. п. Наблюдается также аномальное свечение.

Часто эффекты, связанные с влиянием пусков РН на ионо­сферу, называют ионосферными «дырами». Запуски тяжелых космических буксиров на кислородно-водородном топливе могут сопровождаться инжектированием в ионосферу 1031 молекул Н2 и Н2О, что вызовет образование ионосферной дыры площадью до 20 млн км2. В зависимости от геофизических условий длитель­ность существования такой дыры может достигать 1...16 ч. А при регулярных запусках космических буксиров со среднеширотных полигонов в Северном полушарии может образоваться в ионо­сфере глобальный пояс шириной несколько тысяч километров, где уменьшение электронной концентрации составит 10%. Впервые образование ионосферных дыр было обнаружено в 1973 г. при выведении на околоземную орбиту американской станции «Скайлэб». Запуск осуществлялся ракетой-носителем «Сатурн-5», двигатели которой работали до высот 300...500 км. Именно на этих высотах ионизация ионосферы максимальна. В месте про­хождения РН концентрация электронов уменьшилась вдвое, а площадь возмущения достигла 1 млн км2. В 1979 г. при прохожде­нии ионосферы РН «Атлас-Центавр» образовалась ионосферная дыра площадью 1...3 млн км2, причем 80% ионов и электронов исчезли в течение 2 мин после прохождения РН.

Вопросы, связанные со снижением антропогенного воздейст­вия РКТ на ионосферу, находятся на стадии исследования меха­низмов образования ионосферных «дыр» и составления моделей возмущения ионосферы. Каких-либо методов снижения техноген­ного воздействия пока не разработано. Засорение околоземного и космического пространства «Космический мусор» Каждый запуск полезной нагрузки в космос сопровождается образованием на орбитах несколько десятков отделяющихся эле­ментов и конструкций спутников и ракет-носителей. В результате аварий и взрывов на орбитах спутников и последних ступеней РН, столкновений между спутниками и их обломками, отслаива­ния теплозащитных покрытий, выбросов двигательных установок и т.п. околоземное пространство быстро наполняется объектами искусственного происхождения (ОИП), которые получили назва­ние «космического мусора». За годы космической эры на около­земных орбитах было зарегистрировано свыше 20 тыс. космических объектов искусственного происхождения размером более 10 см. Согласно данным Службы наблюдения за космосом США, на на­чало 1992 г. на околоземных орбитах и в межпланетном простран­стве общее число ОИП, за которыми ведутся наблюдения, со­ставляют более 7200. Из них только 5% являются функциони­рующими ИСЗ, 23% - исчерпавшие свой ресурс ИСЗ, 10% - отработавшие ступени РН. Остальные 62% - фрагментарные ос­танки ракетно-космических систем. В числе 7200 объектов 58 спутников (действующих и отказавших) имеют на борту в энергетических и двигательных установках радиоактивные материалы общей массой более тонны.

Космический мусор не ограничивается только зарегистриро­ванными объектами. Экстраполяция с помощью имеющихся ма­тематических моделей показывает, что число фрагментов разме­ром до 40 мм составляет свыше 18 тыс. Кроме того, накопилось 50...70 тыс. частиц размером 1...2 см. Количество еще более мел­ких частиц оценивается десятками миллионов.

Основная опасность космического мусора связана с космиче­скими скоростями столкновения орбитальных фрагментов с КА. Например, летящая в космосе частица диаметром 0,5 мм может пробить космический скафандр, даже если он изготовлен из мно­гослойного материала. Наиболее высокая концентрация фрагмен­тов наблюдается в диапазоне высот от 300 до 1600 км, где вероят­ность столкновения КА с мелким осколком стала приближаться к вероятности столкновения с метеоритом тех же размеров. При достигнутом росте засорения космоса вероятность столкновения станции типа «Мир» с опасным осколком размером 10 мм и более прогнозировался в 2000 г. как один раз в 17 лет, а в 2010 и 2020 гг. уже как один раз в 7 лет и в 2 года соответственно. Согласно оценкам, за 17 лет (с 1978 по 1995 г.) вероятность столкновения увеличилась более, чем вдвое.

Одним из способов предотвращения столкновений с фраг­ментами «мусора» (размером более 40 мм) является постоянное слежение за ним с помощью радиолокационных и оптических средств и раннего предупреждения опасности.

Существует естественный фактор, который способствует ре­шению со временем проблемы космического мусора, своего рода защитная реакция околоземного космоса: если выбросы мусора прекратятся, то рано или поздно произойдет «самоочищение» космоса под воздействием возмущений различной природы - со­противления атмосферы и светового давления.

Известны физические и математические модели самоочище­ния космоса, разработана программа возможных мероприятий по очистке космоса от мусора. Тем не менее в настоящее время единственным остается путь самоочищения космоса от мусора. Методы оценки степени засорения



Постоянное измерение орбит осколков с выдачей «предупре­ждений» всем заинтересованным сторонам представляется мало­реальным даже при известном в настоящее время числе крупныхфрагментов. Что касается не поддающихся прямому обнаруже­нию мелких осколков, то прогнозирование их траекторий прак­тически вообще неосуществимо.

Ограниченные возможности слежения за малоразмерными фрагментами приводят к необходимости моделирования столк­новений и разрушений космических объектов на орбите, являю­щихся основными источниками образования мелких осколков. Техногенные осколки, с которыми возможно столкновение на орбите, различаются по плотности материалов, размерам, форме и ориентации относительно конструкции соударяемого объекта. В основу моделирования могут быть положены аналитические методы и эксперименты на современных наземных установках, способных обеспечить разгон мелких фрагментов до скоростей, близких к реальным скоростям столкновений. Результаты иссле­дований должны использоваться при разработке теории и инже­нерных методов расчета разрушений различных типов конструк­ций («сухих» отсеков, топливных баков, баллонов под давлением и пр.) при соударении с фрагментами космического мусора в ус­ловиях орбитального полета.Другим источником данных для оценки количества мелких осколков на орбите и подтверждения результатов моделирования могут быть космические наблюдения. В настоящее время изуче­ние уровня техногенного засорения космоса наряду с метеорной обстановкой производится по результатам воздействия микрочас­тиц на конструкцию орбитальной станции и транспортных ко­раблей с помощью: конденсаторных пробойных детекторов с чувствительными обкладками разной толщины, устанавливаемых на станции (ин­формация передается по каналам телеметрии);объемных возвращаемых на Землю кассет с образцами кон­струкционных материалов; внешнего осмотра иллюминаторов и открытых металличе­ских поверхностей станции (при выходе экипажа) и спускаемого аппарата кораблей «Союз» (после возвращения на Землю). Образцы исследуются в лабораторных условиях с помощью мик­роскопов и масс-спектрометров. Используя элементный анализ остатков частиц в кратерах, с помощью сканирующего электрон­ного микроскопа удается отличить следы ударов естественных ме­теоритов от следов частиц искусственного происхождения О росте засорения космоса техногенными частицами свиде­тельствует повышение интенсивности повреждений образцов. Так, на основании данных о количестве сквозных пробоев об­разцов алюминиевой фольги толщиной 10 и 20 мкм, экспониро­вавшихся на орбитальных станциях «Салют-6» и «Салют-7», можно утверждать, что поток высокоскоростных частиц размером 0,001 ...0,003 мм на орбитах высотой 350 км за 5 лет возрос на 33%. Начинают давать информацию о техногенном засорении кос­моса и спутники, возвращаемые с орбиты на Землю с помощью многоразовых орбитальных кораблей типа «Спейс-Шаттл». Так, на американском спутнике-платформе LDEF, который был воз­вращен на Землю после почти 6-летнего пребывания на орбите, обнаружено около 500 выбоин от частиц искусственного проис­хождения размером от 0,01 см и более. Эффективное измерение характеристик микрочастиц в кос­мосе можно проводить с помощью специальных малых спутни­ков, выводимых в качестве дополнительной полезной нагрузки вместе с серийными КА. Это существенно расширит область про­водимых исследований метеорно-техногенного засорения около­земного космоса и снизит затраты. Факт соударения метеорной либо техногенной частиц регистрируется при пробоях секций на­дувной оболочки спутника, представляющих собой пленочные датчики конденсаторного типа. Масса и скорость этих частиц оп­ределяются с помощью ионного датчика. Информация, получае­мая с бортовой научной аппаратуры, после первичной обработки передается на Землю при нахождении спутника в зоне радиови­димости. Комплексное моделирование и контроль засорения космиче­ского пространства крупными и мелкими фрагментами позволя­ют прогнозировать уровень опасности столкновения КА с косми­ческим мусором для принятия соответствующих мер. Одним из таких мероприятий является разработка бортовой защиты КА от повреждений при столкновении с орбитальным осколком. Наи­более приемлемые методы: экранирование конструкции и резер­вирование подсистем КА - применялись и ранее для защиты от метеорных частиц. Но техногенные частицы по своим размерам превышают метеорные и требуют более надежной и эффективной защиты. В большинстве случаев общая экранная защита применяется от мелких осколков, которые могут повредить КА, но не разру­шить его. Для защиты чувствительной аппаратуры предусматри­ваются более надежные средства, например система решеток или жалюзи, которые в случае угрозы столкновения закрывают уязвимое оборудование. Существует концепция КА с корпусом-ракушкой. Этот космический аппарат имеет защитный корпус с отверстиями, через которые выдвигаются датчики и антенны. При угрозе столкновения датчики и антенны убираются в защит­ный корпус. Разработана многослойная защита, внешний слой которой принимает удар на себя, разрушая и рассеивая примерно 80% осколков по более обширной поверхности внутреннего слоя. Оставшиеся 20% осколков отражаются от экрана и из-за своего малого размера уже не представляют опасности.Обеспечение выживаемости КА при техногенном засорении космоса приобретает все большее значение и требует проведения соответствующих работ, включая создание специального обору­дования для испытания воздействия техногенных частиц на кон­струкцию КА, моделирование процессов соударения, исследова­ние и разработку новых материалов и концепций защиты КА. Пути предотвращения засорения космосаДля предотвращения засорения космоса весьма перспективно создание универсальных космических платформ (УКП), каждая из которых сможет заменить несколько специализированных спутников. Другим важным направлением, способствующим со­кращению числа запусков КА, является увеличение ресурса или срока их активного существования. Широкие возможности для перехода к такого рода объектам открывает ракета-носитель «Энергия». Разработка на базе УКП тяжелых спутников массой 16...18 т, решающих задачи телефонной и сервисной связи, непо­средственного теле- и радиовещания, позволит создать на геоста­ционарной орбите систему из трех спутников, полностью удовле­творяющую потребности страны в связи и вещании до 2005-2010 гг. Для решения этих же задач обыкновенными спутниками потребо­валось бы в составе системы иметь до 24...30 ИСЗ.

К снижению уровня засорения околоземных орбит могут при­вести также конструкторские проработки по исключению из ра­кетных блоков и КА средств разделения с образованием свободных осколков и отделения в орбитальном полете штатных элементов конструкции. Для предотвращения появления техногенных час­тиц в процессе функционирования орбитальных объектов необ­ходимо применение конструкций и покрытий, стойких к воздей­ствию окружающего космического пространства, в том числе не подверженных вторичной эрозионной эмиссии. Наряду с этим к важным требованиям относится использование для орбитальных двигателей топлив без металлических и других присадок, сгорание которых приводит к образованию твердых окисных частиц. Так, примерно треть продуктов сгорания твердотопливных двигателей приходится на частицы окиси алюминия размером 0,0001...0,01 мм.

Как уже отмечалось, большую часть космического мусора представляют собой фрагменты, образовавшиеся в результате взры­вов и разрушений КА и ракетных ступеней. За период с 1961 г., ко­гда было зафиксировано первое разрушение объекта в космосе, на орбитах взорвалось более 130 объектов, в основном в результа­те непредсказуемых аварий. Иногда производится и намеренное разрушение, например, во избежание падения крупных несгоревших частей космического объекта в населенный район, в том числе на территории других государств.

Одной из наиболее вероятных причин самопроизвольных взрывов некоторых советских КА предполагался взрыв термокон­тейнеров с буферными химическими батареями при их перезаря­де. Эффективность проводимых доработок в этом направлении подтвердилась успешной эксплуатацией последующих КА. Дру­гая причина взрывов космических объектов была выявлена и уст­ранена американскими специалистами при анализе разрушений семи отработавших верхних ступеней ракеты-носителя «Дельта». Механизм их возникновения заключался в следующем. При за­крытии клапанов после окончания работы двигателя давление в баках росло до тех пор, пока один из баков не взрывался. Образо­вавшиеся осколки пробивали второй бак, самовоспламеняющие­ся компоненты топлива смешивались - и происходил взрыв ступе­ни. Изменив последовательность операций при выключении двигателя так, чтобы не перекрывать выходные отверстия топ­ливного бака, удалось предотвратить дальнейшие инциденты.

На разгонном блоке Д носителя «Протон», который выводит КА на геостационарную орбиту, специалистами предусмотрено дренирование остатков компонентов и газов наддува топливных баков после отделения объекта, что обеспечивает выведение бло­ка с рабочей орбиты КА и исключает возможность его разруше­ния в процессе пассивного полета.

Стравливание топлива и газов можно организовать таким об­разом, чтобы при этом ступень получала тормозной импульс, со­кращающий время ее пребывания на орбите. К эффективным ме­тодам снижения засорения космоса относятся управляемое уда­ление с орбиты ступени после отделения КА и разработка программ выведения, при которых последняя ступень носителя

не выходит на орбиту (запуск по незамкнутой промежуточной ор­бите с довыведением КА на рабочую орбиту с помощью «апогейного» двигателя или разгонного блока). Такая схема реализована на перспективной ракете-носителе «Энергия» и предусматривает­ся в будущем для эксплуатируемых РН при запуске новых КА, оснащенных собственной двигательной установкой (ДУ).

Что касается самих КА, то после прекращения активного су­ществования для объектов на геостационарной орбите (ГСО) предусматривается выведение бортовой ДУ на внешние орбиты по отношению к ГСО, а для части низкоорбитальных КА - сход с орбиты и «затопление» в акватории Мирового океана. Здесь речь идет в основном об устранении последствий эксплуатации ракет­но-космической техники за предыдущие годы, приведшей к такому уровню засорения околоземных орбит. А, как известно, избавиться от загрязнения окружающей среды значительно труднее, чем пре­дотвратить его.

Из 7200 отслеживаемых орбитальных фрагментов 35% состав­ляют отработавшие КА, последние ступени РН и разгонные бло­ки. Это означает, что на околоземных орбитах находится около 2500 пассивных объектов больших размеров и массы, являющих­ся потенциальными источниками образования по меньшей мере десятков и сотен тысяч новых осколков. В связи с этим вполне обоснованно желание удалить их из космоса. В качестве средств поиска и захвата пассивных космических объектов могли бы рас­сматриваться многоразовые орбитальные корабли типа «Буран» и «Шаттл» и межорбитальные буксиры, оснащенные роботами-манипуляторами. В этих случаях возможно возвращение объектов на Землю в грузовом отсеке орбитального корабля или же посред­ством торможения с помощью буксира и последующего автоном­ного спуска в заданный район. Однако эта чрезвычайно дорогая операция может быть оправдана лишь предотвращением не­управляемого падения крупногабаритного объекта в населенные районы Земли или очень высокой стоимостью возвращаемого ап­парата.

В перспективе для уменьшения транспортных нагрузок на ближний космос и упорядочения работ по его очистке может быть предусмотрено развертывание орбитальных космопортов как своеобразных перевалочных баз для полезных грузов, выво­димых с Земли и возвращаемых из космоса. Связь такого космопорта с Землей будет обеспечиваться регулярными рейсами мно­горазовой транспортной космической системы, а межорбитальные перевозки - специальными буксирами, базирующимися в доке космопорта.

Более сложной задачей представляется организация сбора и удаления из космоса мелких частиц космического мусора. На се­годняшний день известен ряд проектов решения этой задачи. Один из них предусматривает образование на пути мелких оскол­ков большого пенного шара для поглощения кинетической энергии частиц, после чего они теряют высоту и входят в плотные слои атмосферы. Но такого рода помехи могут оказать вредное воздействие и на функционирующие КА. В соответствии с другим проектом предлагается ускорять удаление с орбиты мелких фраг­ментов посредством облучения их лучом лазера или пучком ней­тральных частиц.

В ближайшем будущем указанные средства удаления фрагмен­тов космического мусора с орбит представляются проблематичны­ми и нецелесообразными в связи с большими потребными энерге­тическими и экономическими затратами и нуждаются в дальней­ших проработках. Пока же «очищение» космоса происходит только частично естественным путем за счет торможения обломков в верхних слоях атмосферы и в значительной мере зависит от цикла солнечной активности, под влиянием которой атмосфера Земли подвержена большой флуктуации по высоте и тем самым расшире­нию сферы своего воздействия на орбитальные фрагменты.

Используя тормозящие свойства атмосферы, можно сократить сроки пассивного существования КА и ракетных ступеней на ор­бите, если увеличить их аэродинамическое сопротивление специ­альным устройством, например надувным баллоном.



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   22


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал