El proceso de exploración espacial, que prácticamente se inició a mediados del siglo XX, suele presentarse en el lado positivo como una nueva etapa en el desarrollo del conocimiento científico y tecnológico. Sin embargo, ya después del lanzamiento del primer satélite, comenzó en paralelo un proceso negativo completamente diferente, asociado con la obstrucción de las órbitas cercanas a la Tierra. Los desechos creados por el hombre en el espacio representan una serie de amenazas tanto para las naves espaciales como para la Tierra.
Fuentes de basura espacial
Basura en este caso se refiere a los derivados de naturaleza hecha por el hombre, los cuales son muy diversos, pero están asociados a la actividad humana directa. Por ejemplo, los meteoroides que ocurren naturalmente no representan una amenaza, a diferencia de los desechos hechos por el hombre, que presentan amenazas debido a su larga permanencia en la órbita terrestre baja.
Entonces, ¿de dónde vienen los desechos peligrosos en el espacio? la mayor parte esgenerada durante lanzamientos de satélites y lanzamientos de otros vehículos en órbita. En tales procesos, necesariamente están involucrados barcos tripulados o automáticos acompañantes, que dejan atrás objetos técnicos y consumibles. La fuente más peligrosa de contaminación de este tipo es la destrucción de satélites y naves en órbita, como resultado de lo cual quedan en el espacio equipos y partes estructurales de aeronaves no administrados. Por sí mismos, los fragmentos tras los choques de equipos o en el proceso de vertido planificado de residuos no suponen una amenaza grave en un solo número. Sin embargo, con la acumulación a largo plazo, se forman objetos grandes, a menudo con un alto potencial radiactivo, lo que dificulta su destrucción.
El efecto de la degradación por "envejecimiento" de los desechos de los objetos espaciales en un entorno agresivo desempeña un papel importante en los procesos de formación de desechos peligrosos. Las mismas acumulaciones de escombros se ven afectadas negativamente por el polvo cósmico, la radiación, las temperaturas extremas, la oxidación del oxígeno, etc. Por lo tanto, uno tiene que lidiar no solo con elementos físicos que representan una amenaza de colisión, sino también con materiales explosivos y sin control que aumentan el riesgo. de desastres.
Seguimiento de basura espacial
Los peligros existentes asociados con la presencia de desechos espaciales también requieren una investigación constante de las órbitas cercanas a la Tierra. Dispositivos especiales escanean desechos hechos por el hombre de acuerdo a varias características, incluyendo tamaño, masa, forma, velocidad,trayectoria, composición, etc. Dependiendo de la distancia a la Tierra, se utilizan ciertos equipos. Por ejemplo, la órbita terrestre baja del sistema LEO cubre convencionalmente una distancia de 100 a 2000 km. La ingeniería de radio, el radar, los dispositivos ópticos, optoelectrónicos, láser y otros dispositivos para observar los desechos espaciales funcionan en este espectro. Al mismo tiempo, se están desarrollando algoritmos especiales para analizar la información recibida en estos dispositivos. Para combinar un conjunto de datos fragmentados, se utilizan modelos computacionales matemáticos complejos, que brindan una imagen relativamente completa de lo que sucede en un área particular de observación.
A pesar del uso de métodos de monitoreo de alta tecnología, todavía hay problemas para rastrear partículas pequeñas, tan pequeñas como unos pocos milímetros. Dichos fragmentos solo pueden ser estudiados parcialmente por sensores a bordo, pero esto no es suficiente para obtener información completa, por ejemplo, sobre la composición química del objeto. Una de las direcciones para monitorear tales partículas es la llamada medición pasiva. En un momento, de acuerdo con este principio, se estudiaron los componentes de la estación espacial Mir que regresaron a la Tierra. La esencia de esta tecnología es registrar los impactos de las partículas estudiadas en la superficie del aparato en el espacio abierto. En los laboratorios se analizaron varios tipos de daños, lo que permitió obtener información adicional sobre la basura espacial. Hoy, equipos de cosmonautas están trabajando en este camino de investigación directamente en órbita, inspeccionando las superficies de las naves espaciales en funcionamiento.
Distribución de desechos en el espacio cercano a la Tierra
La vigilancia del espacio exterior indica una distribución desigual de desechos de diferentes tipos en las órbitas. Los cúmulos más grandes se observan en la región de órbita baja; en particular, en comparación con las órbitas altas, la diferencia en densidad puede ser mil veces mayor. Al mismo tiempo, existe una relación entre la densidad de los cúmulos y el tamaño de las partículas. La densidad espacial de los desechos de tamaño mediano suele ser menor en las órbitas altas que en las órbitas bajas en una proporción menor en comparación con los elementos de grano grueso.
Las características de la distribución de los desechos espaciales alrededor de la Tierra están influenciadas por una serie de factores, entre los que se encuentran las características de origen. Por ejemplo, los pequeños fragmentos formados como resultado de la destrucción de partes de la estación o los satélites tienen vectores de velocidad inestables. En cuanto a los desechos de gran tamaño, debido a su alta dinámica es capaz de alcanzar grandes altitudes de hasta 20.000 km, y también se esparce en el anillo geoestacionario. En el nivel de 2000 km, hay una distribución desigual con puntos de aumento de densidad a 1000 y 1500 km en particular. Por cierto, la órbita geoestacionaria es la más obstruida, y en su área se registra una alta tendencia de los escombros a la deriva.
Tendencias de desarrollo de desechos espaciales
Los científicos espaciales están más preocupados por las amenazas potenciales que por las actualesescombros en órbitas terrestres. Por el momento, los estudios sugieren un aumento en la tasa de contaminación en un 4-5% por año. Además, el papel de los lanzamientos de naves espaciales aún no se ha evaluado de forma fiable en términos del crecimiento de la población de cuerpos extraños en diferentes órbitas. Los objetos grandes se pueden pronosticar, pero, como ya se señaló, la información limitada sobre desechos pequeños, incluso en el espacio cercano, no nos permite hablar con un alto grado de objetividad sobre las características de los desechos masivos. A pesar de esto, los científicos llegan a dos conclusiones inequívocas sobre los desechos pequeños:
- El volumen de pequeñas partículas que se forman como resultado de la destrucción aumenta constantemente con el aumento del número de colisiones. Tanto en condiciones de laboratorio como en estudios teóricos, se demostró que los pequeños fragmentos constituyen una proporción importante de los elementos que se separan de los objetos de destrucción.
- Las partículas muy pequeñas en forma de los mismos productos de colisión son más susceptibles a los efectos negativos de las fuerzas externas. El efecto de la degradación cuando los escombros se encuentran en condiciones agresivas durante mucho tiempo reduce la probabilidad de una evaluación confiable del futuro de tales acumulaciones.
Obviamente, los problemas de encontrar desechos en el espacio solo empeorarán, lo que requiere la adopción de medidas adecuadas. Pero incluso con un cierre total de los proyectos relacionados con el espacio, la órbita terrestre seguirá obstruyéndose como resultado de la colisión de elementos contaminantes existentes con partículas naturales. Por inercia, este proceso continuará durante al menos otros 100años.
Tipos de efectos de la contaminación espacial
Las consecuencias negativas más peligrosas de la influencia de los desechos espaciales incluyen las siguientes:
- Daño ecológico a la Tierra. En sí misma, la presencia de desechos tecnogénicos dentro de la órbita cercana a la Tierra implica un cambio en el fondo ecológico y viola la pureza original del medio ambiente. Según los astrónomos-observadores, el proceso de reducción de la transparencia del espacio cercano a la Tierra ya está avanzando, lo que también explica la presencia de interferencias en el funcionamiento de los equipos de radio. Directamente para la Tierra, se puede notar el peligro de caída de componentes con materiales combustibles que aseguran el funcionamiento de los motores a reacción.
- Escombros cayendo a la Tierra. Incluso sin un efecto radiactivo, la caída de desechos hechos por el hombre desde el espacio cercano puede tener consecuencias catastróficas. Hasta la fecha, los objetos aterrizados más grandes tenían una masa de no más de 100 toneladas, pero esto no representaba una amenaza grave para el planeta. Por otro lado, a medida que aumente la intensidad de la obstrucción de la órbita terrestre, este escenario será cada vez más sombrío.
- Peligro de colisión espacial. No subestime el daño de los desechos espaciales para el equipo utilizado en el apoyo al vuelo. Los mismos impactos de partículas grandes y pequeñas pueden provocar interrupciones significativas en el funcionamiento de los dispositivos, y los grandes accidentes ponen en peligro las perspectivas de implementación de proyectos costosos y ambiciosos.
Sistemas de evaluación de daños por colisiónbasura
En primer lugar, la práctica ya establecida de analizar los efectos en la superficie de las naves espaciales se aplica mediante un examen externo por parte de los propios cosmonautas. Como se mencionó anteriormente, los resultados de dichos estudios se pueden utilizar para determinar las características de la basura. Sin embargo, la información analítica más precisa la proporcionan únicamente las pruebas de laboratorio en las que los materiales objetivo se ven afectados artificialmente. Se realiza una imitación de una colisión de equipos con escombros en el espacio a través de impactos de ultra alta velocidad. Además, por medio de computadora y modelado digital, los datos obtenidos se procesan con un análisis de las características del daño y la mecánica del impacto en el objeto objetivo. Entre los principales indicadores se encuentran propiedades como la resistencia, la preservación de la funcionalidad, la capacidad de supervivencia de los componentes individuales, el grado de fragmentación, etc.
Determinación del nivel de amenaza de los desechos espaciales
Incluso en las etapas de diseño de estaciones orbitales y complejos espaciales, se tiene en cuenta la posibilidad de colisión con diversos tipos de desechos. Para calcular la confiabilidad de diseño óptima, se utilizan datos sobre el entorno específico donde se utilizará el dispositivo. Al mismo tiempo, la inexactitud de los métodos experimentales y analíticos para evaluar las amenazas sigue siendo un problema importante. Los escombros en el espacio solo se pueden examinar con un cierto grado de suposiciones, lo que dificulta que los diseñadores preparen adecuadamente los vehículos para colisiones a alta velocidad. ParaPara una evaluación aproximada de la amenaza, se utiliza el concepto de flujos generales de desechos espaciales, que potencialmente pueden encontrarse en la trayectoria de la nave espacial. Se muestran más datos sobre la densidad de flujo, la velocidad, los ángulos de ataque y el número de impactos previstos.
Formas de reducir las amenazas de los desechos en el espacio
El nivel relativamente bajo de seguimiento y caracterización de los desechos espaciales con su predicción es solo una parte del problema. En la etapa actual, los especialistas se enfrentan a una serie de problemas relacionados con la reducción de los riesgos del impacto negativo de los desechos generados por el hombre en el espacio ultraterrestre. Hoy en día, se están considerando dos direcciones para resolver este problema. En primer lugar, se trata de una reducción general de los vuelos, así como de la minimización de los procesos tecnológicos que conducen a la obstrucción de las órbitas a diferentes niveles. En segundo lugar, podemos hablar de la optimización estructural de los vehículos con la reducción de piezas que potencialmente podrían convertirse en basura espacial. Actualmente, en los sistemas de control espacial se presta especial atención a la contaminación con sustancias radiactivas. Esto se refiere a la minimización de los productos de escape del motor hasta la transición a recursos de combustible fundamentalmente nuevos.
Perspectivas para la lucha contra los desechos en el espacio cercano
El trabajo activo hacia la regulación de las actividades espaciales a nivel mundial da motivos para el optimismo al evaluar el desarrollo de la situación en el futuro. La actitud cuidadosa con la limpieza de los entornos orbitales está incluida en los conceptos de los programas estratégicos de los estados más grandes, que contribuyenla mayor contribución a la lucha contra los desechos en el espacio. La limpieza y eliminación de partículas grandes y pequeñas a órbitas poligonales es una de las áreas clave en la limpieza del espacio de la contaminación provocada por el hombre, pero todavía no existen métodos efectivos para implementar este concepto. Esta es una tarea tecnológicamente difícil, por lo que el énfasis principal en este momento todavía está en las formas de optimizar las actividades humanas en el espacio.
Conclusión
Una de las formas radicales de resolver los problemas de los desechos espaciales es dejar de lanzar estaciones orbitales y satélites por completo hasta que aparezcan medios nuevos y más asequibles para limpiar el entorno cercano a la Tierra. Pero esta dirección también es utópica debido a una serie de razones económicas y tecnológicas. Sin embargo, existen requisitos previos para mejorar la situación. Incluso si mira hacia atrás varias décadas, puede notar cambios fundamentales en la actitud de la persona misma hacia este problema. Entonces, si durante el funcionamiento de la estación espacial Mir, la práctica habitual era la liberación directa de los productos de desecho de la tripulación, hoy en día esto es imposible de imaginar. Se están introduciendo reglas cada vez más estrictas para regular los procesos de estar en el espacio exterior. Esto también se evidencia en las convenciones internacionales, según las cuales los países que participan en actividades espaciales están obligados a adherirse a los principios de reducción del impacto negativo en la situación ecológica en el entorno cercano a la Tierra.
