Il processo di esplorazione dello spazio, iniziato praticamente a metà del 20° secolo, viene solitamente presentato sul lato positivo come una nuova tappa nello sviluppo delle conoscenze scientifiche e tecnologiche. Tuttavia, già dopo il lancio del primo satellite, in parallelo è iniziato un processo negativo completamente diverso, associato all'ostruzione delle orbite vicine alla Terra. I detriti creati dall'uomo nello spazio rappresentano una serie di minacce sia per la navicella spaziale che per la Terra.
Fonti di detriti spaziali
Immondizia in questo caso si riferisce a derivati di natura artificiale, che sono molto diversi, ma sono associati all'attività umana diretta. Ad esempio, i meteoroidi presenti in natura non rappresentano una minaccia, a differenza dei rifiuti prodotti dall'uomo, che rappresentano una minaccia a causa della loro lunga permanenza nell'orbita terrestre bassa.
Allora, da dove vengono i pericolosi detriti nello spazio? La maggior parte lo ègenerato durante il lancio di satelliti e il lancio di altri veicoli in orbita. In tali processi sono necessariamente coinvolte navi con equipaggio o automatiche di accompagnamento, che lasciano dietro di sé oggetti tecnici e materiali di consumo. La fonte più pericolosa di inquinamento di questo tipo è la distruzione di satelliti e navi in orbita, a seguito della quale le apparecchiature non gestite e le parti strutturali degli aerei rimangono nello spazio. Di per sé, i frammenti dopo i crash delle apparecchiature o nel processo di rilascio pianificato di rifiuti non rappresentano una seria minaccia in un solo numero. Tuttavia, con l'accumulo a lungo termine, si formano oggetti di grandi dimensioni, spesso con un alto potenziale radioattivo, che rende difficile distruggerli.
Un ruolo significativo nei processi di formazione di detriti pericolosi è svolto dall'effetto del degrado "per età" dei detriti da oggetti spaziali in un ambiente aggressivo. Gli stessi accumuli di detriti sono influenzati negativamente da polvere cosmica, radiazioni, temperature estreme, ossidazione dell'ossigeno, ecc. Pertanto, si deve fare i conti non solo con elementi fisici che rappresentano una minaccia di collisione, ma con materiali incontrollati ed esplosivi che aumentano il rischio di disastri.
Monitoraggio dei detriti spaziali
I pericoli esistenti associati alla presenza di detriti spaziali richiedono anche una ricerca costante nelle orbite vicine alla Terra. Dispositivi speciali scansionano i rifiuti prodotti dall'uomo in base a diverse caratteristiche, tra cui dimensioni, massa, forma, velocità,traiettoria, composizione, ecc. A seconda della distanza dalla Terra, vengono utilizzate determinate attrezzature. Ad esempio, l'orbita terrestre bassa del sistema LEO copre convenzionalmente una distanza da 100 a 2000 km. In questo spettro operano ingegneria radio, radar, ottici, optoelettronici, laser e altri dispositivi per l'osservazione dei detriti spaziali. Allo stesso tempo, vengono sviluppati algoritmi speciali per analizzare le informazioni ricevute su questi dispositivi. Per combinare un insieme di dati frammentati, vengono utilizzati modelli computazionali matematici complessi, che forniscono un quadro relativamente completo di ciò che sta accadendo in una particolare area di osservazione.
Nonostante l'uso di metodi di monitoraggio ad alta tecnologia, ci sono ancora problemi nel tracciare piccole particelle di pochi millimetri. Tali frammenti possono essere studiati solo parzialmente dai sensori di bordo, ma ciò non è sufficiente per ottenere informazioni complete, ad esempio, sulla composizione chimica dell'oggetto. Una delle direzioni per il monitoraggio di tali particelle è la cosiddetta misurazione passiva. Un tempo, secondo questo principio, venivano studiati i componenti della stazione spaziale Mir tornati sulla Terra. L'essenza di questa tecnologia è registrare gli impatti delle particelle studiate sulla superficie dell'apparato in uno spazio aperto. Nei laboratori sono stati analizzati vari tipi di danni, che hanno permesso di ottenere ulteriori informazioni sui detriti spaziali. Oggi, squadre di cosmonauti stanno lavorando lungo questo percorso di ricerca direttamente in orbita, ispezionando le superfici dei veicoli spaziali operativi.
Distribuzione di detriti nello spazio vicino alla Terra
Il monitoraggio dello spazio esterno indica una distribuzione irregolare di detriti di diverso tipo nelle orbite. Gli ammassi più grandi si osservano nella regione a bassa orbita - in particolare, rispetto alle orbite alte, la differenza di densità può essere mille volte superiore. Allo stesso tempo, esiste una relazione tra la densità dei cluster e le dimensioni delle particelle. La densità spaziale dei detriti di medie dimensioni è solitamente inferiore nelle orbite alte rispetto alle orbite basse in proporzione minore rispetto agli elementi a grana grossa.
Le caratteristiche della distribuzione dei detriti spaziali attorno alla Terra sono influenzate da una serie di fattori, tra cui le caratteristiche di origine. Ad esempio, piccoli frammenti formati a seguito della distruzione di parti della stazione o dei satelliti hanno vettori di velocità instabili. Quanto ai detriti di grandi dimensioni, per la sua elevata dinamica è in grado di raggiungere quote elevate fino a 20.000 km, e diffondersi anche nell'anello geostazionario. Al livello dei 2000 km si ha una distribuzione irregolare con punti di aumento di densità a 1000 e 1500 km in particolare. A proposito, l'orbita geostazionaria è la più intasata e nella sua area si registra un'elevata tendenza alla deriva dei detriti.
Tendenze di sviluppo dei detriti spaziali
Gli scienziati spaziali sono più preoccupati per le potenziali minacce piuttosto che per le attuali minaccedetriti in orbita terrestre. Al momento, gli studi suggeriscono un aumento del tasso di inquinamento del 4-5% all'anno. Inoltre, il ruolo dei lanci di veicoli spaziali non è stato ancora valutato in modo affidabile in termini di crescita della popolazione di corpi estranei nelle diverse orbite. Gli oggetti di grandi dimensioni sono suscettibili di previsione, ma, come già notato, le limitate informazioni sui piccoli detriti anche nello spazio vicino non ci consentono di parlare con un alto grado di obiettività sulle caratteristiche dei detriti di massa. Nonostante ciò, gli scienziati traggono due conclusioni inequivocabili sui piccoli detriti:
- Il volume delle piccole particelle che si formano a seguito della distruzione aumenta costantemente con l'aumento del numero di collisioni. Sia in condizioni di laboratorio che in studi teorici, è stato dimostrato che piccoli frammenti costituiscono una proporzione significativa di elementi separati dagli oggetti di distruzione.
- Particelle molto piccole sotto forma degli stessi prodotti di collisione sono più suscettibili agli effetti negativi delle forze esterne. L'effetto del degrado quando i detriti sono in condizioni aggressive per lungo tempo riduce la probabilità di una valutazione affidabile del futuro di tali accumuli.
Ovviamente, i problemi di trovare detriti nello spazio non potranno che peggiorare, il che richiede l'adozione di misure adeguate. Ma anche con la chiusura completa dei progetti spaziali, l'orbita terrestre continuerà a intasarsi a causa della collisione degli elementi inquinanti esistenti con le particelle naturali. Per inerzia, questo processo continuerà per almeno altri 100anni.
Tipi di effetti dell'inquinamento spaziale
Le conseguenze negative più pericolose dell'influenza dei detriti spaziali includono quanto segue:
- Danni ecologici alla Terra. Di per sé, la presenza di detriti tecnogenici all'interno dell'orbita vicino alla Terra comporta un cambiamento del contesto ecologico e viola la purezza originaria dell'ambiente. Secondo astronomi-osservatori, il processo di riduzione della trasparenza dello spazio vicino alla Terra sta già procedendo, il che spiega anche la presenza di interferenze con il funzionamento delle apparecchiature radio. Direttamente per la Terra, si può notare il pericolo di caduta di componenti con materiali combustibili che garantiscono il funzionamento dei motori a reazione.
- Detriti che cadono sulla Terra. Anche senza un effetto radioattivo, la caduta di rifiuti artificiali dallo spazio vicino può portare a conseguenze catastrofiche. Ad oggi, gli oggetti sbarcati più grandi avevano una massa non superiore a 100 tonnellate, ma ciò non rappresentava una seria minaccia per il pianeta. D' altra parte, con l'aumentare dell'intensità dell'ostruzione dell'orbita terrestre, questo scenario diventerà sempre più cupo.
- Pericolo di collisione spaziale. Non sottovalutare il danno dei detriti spaziali per l'equipaggiamento utilizzato nel supporto al volo. Gli stessi impatti di particelle grandi e piccole possono causare interruzioni significative nel funzionamento dei dispositivi e grandi incidenti mettono a repentaglio le prospettive di attuazione di costosi progetti ambiziosi.
Sistemi di valutazione dei danni da incidentespazzatura
Innanzitutto, la pratica già consolidata di analizzare gli effetti sulla superficie dei veicoli spaziali viene applicata mediante esame esterno dagli stessi cosmonauti. Come accennato in precedenza, i risultati di tali studi possono essere ulteriormente utilizzati per determinare le caratteristiche dei rifiuti. Tuttavia, le informazioni analitiche più accurate sono fornite solo da prove di laboratorio in cui i materiali target sono alterati artificialmente. Un'imitazione di una collisione di apparecchiature con detriti nello spazio viene realizzata attraverso impatti ad altissima velocità. Inoltre, tramite computer e modellazione digitale, i dati ottenuti vengono elaborati con un'analisi delle caratteristiche del danno e della meccanica dell'impatto sull'oggetto bersaglio. Tra i principali indicatori vi sono proprietà come la forza, la conservazione della funzionalità, la sopravvivenza dei singoli componenti, il grado di frammentazione, ecc.
Determinazione del livello di minaccia dei detriti spaziali
Anche nelle fasi di progettazione delle stazioni orbitali e dei complessi spaziali, viene presa in considerazione la possibilità di collisione con vari tipi di detriti. Per calcolare l'affidabilità di progettazione ottimale, vengono utilizzati i dati sull'ambiente specifico in cui verrà utilizzato il dispositivo. Allo stesso tempo, l'imprecisione dei metodi sperimentali e analitici per la valutazione delle minacce è ancora un problema significativo. I detriti nello spazio possono essere esaminati solo entro un certo grado di ipotesi, rendendo difficile per i progettisti preparare adeguatamente i veicoli per le collisioni ad alta velocità. PerPer una valutazione approssimativa della minaccia, viene utilizzato il concetto di flussi generali di detriti spaziali, che possono essere potenzialmente incontrati sul percorso del veicolo spaziale. Ulteriori dati vengono visualizzati su densità di flusso, velocità, angoli di attacco e numero di impatti previsti.
Modi per ridurre le minacce dei detriti nello spazio
Il livello relativamente basso di monitoraggio e caratterizzazione dei detriti spaziali con la sua previsione è solo una parte del problema. Nella fase attuale, gli specialisti devono affrontare una serie di problemi relativi alla riduzione dei rischi dell'impatto negativo dei rifiuti prodotti dall'uomo nello spazio. Oggi si stanno prendendo in considerazione due direzioni per risolvere questo problema. In primo luogo, si tratta di una riduzione generale dei voli, nonché della minimizzazione dei processi tecnologici che portano all'intasamento delle orbite a diversi livelli. In secondo luogo, si può parlare di ottimizzazione strutturale dei veicoli con la riduzione di parti che potrebbero diventare detriti spaziali. Particolare attenzione nei sistemi di controllo spaziale oggi è dedicata alla contaminazione con sostanze radioattive. Ciò riguarda la riduzione al minimo dei prodotti di scarico del motore fino al passaggio a risorse di carburante fondamentalmente nuove.
Prospettive per la lotta ai detriti nello spazio vicino
Il lavoro attivo verso la regolamentazione delle attività spaziali a livello globale dà motivo di ottimismo nel valutare l'evoluzione della situazione in futuro. Un'attenta attitudine alla pulizia degli ambienti orbitali è inclusa nei concetti di programmi strategici dei più grandi stati, che contribuisconoil maggior contributo alla lotta ai detriti nello spazio. La pulizia e la rimozione di particelle piccole e grandi in orbite poligonali è una delle aree chiave nella pulizia dello spazio dall'inquinamento provocato dall'uomo, ma non esistono ancora metodi efficaci per implementare questo concetto. Questo è un compito tecnologicamente difficile, quindi l'enfasi principale al momento è ancora sui modi per ottimizzare le attività umane nello spazio.
Conclusione
Uno dei modi radicali per risolvere i problemi dei detriti spaziali è interrompere completamente il lancio di stazioni orbitali e satelliti fino a quando non appariranno nuovi e più convenienti mezzi per pulire l'ambiente vicino alla Terra. Ma questa direzione è anche utopica per una serie di ragioni economiche e tecnologiche. Tuttavia, ci sono prerequisiti per cambiare la situazione in meglio. Anche se guardi indietro di diversi decenni, puoi notare cambiamenti fondamentali nell'atteggiamento della persona stessa nei confronti di questo problema. Quindi, se durante il funzionamento della stazione spaziale Mir, la pratica abituale era il rilascio diretto dei prodotti di scarto dell'equipaggio, oggi è impossibile immaginarlo. Vengono introdotte regole sempre più stringenti per regolare i processi dell'essere nello spazio. Ciò è dimostrato anche dalle convenzioni internazionali, secondo le quali i paesi che partecipano ad attività spaziali sono obbligati ad aderire ai principi di riduzione dell'impatto negativo sulla situazione ecologica nell'ambiente vicino alla Terra.
