Журналов:     Статей:        

Аэрокосмический научный журнал. 2016; 2: 1-14

Очистка околоземного космического пространства от космического мусора

Зеленцов В. В.

https://doi.org/10.7463/aersp.0616.0851816

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы, связанные с очисткой околоземного космического пространства от фрагментов космического мусора (КМ) техногенного происхождения. КМ подразделяются на наблюдаемый (характерный размер более 100 мм) и не наблюдаемый. При встрече с наблюдаемым космическим мусором работающий космический аппарат совершает уклонение, переходя на другую высоту. Этот маневр неоднократно совершала Международная космическая орбитальная станция. От не наблюдаемого космического мусора космические аппараты защищаются с помощью панелей. Космический мусор возник в результате оставления на орбите отработавших свой срок космических аппаратов, ступеней ракет носителей и разгонных блоков, а также в результате разрушений этих объектов при взрывах и столкновениях. В последнее время разрабатывается большое количество проектов очистки околоземного космического пространства как от наблюдаемых, так и не наблюдаемых фрагментов КМ. Предлагают удалять КМ с помощью: захватов, сетей, гарпунов и др. Все средства борьбы с мусором размещаются на космических аппаратах (КА) и выводятся на орбиту, при этом на орбите остаются ступени ракет-носителей и разгонных блоков. В России существует ГОСТ в котором оговорены меры по борьбе с КМ. В нем рекомендуется на этапе проектирования КА выбирать способ его захоронения и закладывать массу топлива, необходимого для увода в зону захоронения. Выбор зоны захоронения зависит от высоты полета фрагмента КМ. Для высоких орбит зона захоронения выбирается по формулам, приведенным в ГОСТ. С низких орбит фрагменты следует уводить в атмосферу Земли, где они должны сгорать. Расчеты, приведенные в статье, показывают, что при правильном выборе зоны захоронения масса топлива, необходимая для выполнения маневра составит 10-..15% . Однако, учитывая высокую стоимость КА и их выведения на орбиту целесообразно снимать их с орбиты с помощью много разовых транспортных космических кораблей (МТКК), аналогичных «Бурану» и «Спейс Шаттл». Подобные работы проводились с использованием МТКК «Спейс Шаттл». Это позволит избежать засорения околоземного космического пространства последними ступенями ракет-носителей и разгонных блоков, а главное доставленный на Землю КА после модернизации и ремонта может быть снова выведен в космос с помощью МТКК. Мелкий, не наблюдаемый космический мусор тормозится специальными устройствами, которые переводят их на низкие орбиты, а затем в атмосферу Земли.

Список литературы

1. Космический мусор. Кн. 1: Методы наблюдения и модели космического мусора / Под ред. Г.Г. Райкунова. Кн. 1: Методы наблюдения и модели космического мусора. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. 244 с.

2. Мохаммад С.А. Международно-правовые аспекты борьбы с негативными экологическими последствиями космической деятельности // Евразийский юридический журнал. 2010. № 7 (26). С. 115-119.

3. Майорова В.И., Леонов В.В., Гришко Д.А. Анализ подходов к очистке околоземного космического пространства от объектов космического мусора размером менее 10 см // Аэрокосмический научный журнал. Электрон. журн. 2016. № 1. С. 14-26. DOI: 10/7463/aersp.0116.0833914

4. ROGER-Phase A: Final report: Executive Summary / EADS Space Transportation. Bremen, 2003. Режим доступа: https://gsp.esa.int/documents/10192/43064675/C15706ExS.pdf/18bb5154-fa12-44f0-a240-d84672ac49d5 (дата обращения 11.10.2015).

5. Япония готовится начать очистку космоса от мусора при помощи металлической сети, длиной 300 метров. Режим доступа: http://www.dailytechinfo.org/space/5556-yaponiya-gotovitsya-nachat-ochistku-kosmosa-ot-musora-pri-pomoschi-metallicheskoy-seti-dlinoy-300-metrov.html http://future-science.ru/japonija-gotovitsja-nachat-ochistku-kosmosa-ot.htm (дата обращения 01.03.2016).

6. Robinson E.Y. Spacecraft for removal of space orbital debris: US Patent 6655637 B1. Режим доступа: http://www.google.com.tr/patents/US6655637 (дата обращения 18.01.2016).

7. Швейцарцы строят уборщик космического мусора. Режим доступа: http://nlo-mir.ru/kosmoss/34894-shvejcarcy-strojat-uborschik-kosmicheskogo-musora.html

8. Griebel H.S. Method for modifying a position of uncontrolled objects in space and spacecraft for realizing the method: Germany Patent EP 2860115 A1. Режим доступа: http://www.google.com/patents/EP2860115A1?cl=en (дата обращения 01. 02. 2016).

9. Kitazawa Yu., Kawabe A., Hashimoto K., Sonehara M., Uji M., Morita Sh., Nomura K., Nakanishi K. Device for removing space debris and method for removing space debris: Japan Patent WO 2013065795 A1. 2013. Режим доступа: http://www.google.com/patents/WO2013065795A1?cl=en (дата обращения 20.03.2016).

10. Савельев Б.И. Многоразовый космический аппарат-буксир для уборки космического мусора: Патент РФ 2510359. Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/251/2510359.html (дата обращения 14.12.2015).

11. Космический мусор предложено сжигать лазером. Режим доступа: http://earth-chronicles.ru/news/2014-05-01-64585/ (дата обращения 01.03.2016).

12. Космический мусор на орбите можно «расстреливать» с помощью лазера. Режим доступа: htpp://www.realfacts.ru/1332-kosmicheskiy-musor-na-orbite-mozhno-rasstrelivat-s-pomos http://shnapsus.ru/2011/08/01/kosmicheskij-musor-na-orbite-mozhno-rasstrelivat-s-pomoshhyu-lazera/ (дата обращения 20.01.2016).

13. Хель И. Как очистить орбиту от космического мусора? Режим доступа: http://hi-news.ru/space/kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora.html (дата обращения12.02.2016).

14. Дубрович В. К., Щесняк С. С. Способ очистки космоса от объектов космического мусора: пат. 2478062 Российская Федерация. 2012. Бюл. № 9. 8 с. Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/247/2478062.html (дата обращения 22.03.2016).

15. Хель И. Семь способов борьбы с космическим мусором. Режим доступа: http://hi-news.ru/space/sem-sposobov-borby-s-kosmicheskim-musorom.html

16. ГОСТ Р 52925-2008. Изделия космической техники. Общие требования к космическим средствам по ограничению техногенного засорения околоземного космического пространства. Введ. 2008-06-09. М.: Стандартинформ, 2008. 8 с.

17. Intelsat-18. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Intelsat-18 (ДАТА ОБРАЩЕНИЯ 14.12.2015).

18. Ресурс-П. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki (дата обращения 12.12.2015).

19. Распределение космического мусора. Ч. I. Режим доступа: http://unnatural.ru/debris-distribution (дата обращения 05.09.2015).

20. GPS. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/GPS (дата обращения 22.01.2016).

21. Анпилогов В.Р. Эффективность и стоимость геостационарных ИСЗ фиксированной связи и вещания. Режим доступа: http://www.vsat-tel.ru/library/art_17.htm (дата обращения 04.05.2016).

22. Богданов К. Постоянство «Хаббла». Режим доступа: http://ria.ru/analytics/20100423/225899056.html (дата обращения 4.05.2016).

23. Крючков Б.И., Довженко В.А. Стратегии проведения технического обслуживания и ремонта на орбите экипажами пилотируемых космических аппаратов // Пилотируемые полеты в космос. 2014. № 3 (12). С. 25-46.

Aerospace Scientific Journal. 2016; 2: 1-14

Space Debris Removal from the Near-Earth Space

Zelentsov V. V.

https://doi.org/10.7463/aersp.0616.0851816

Abstract

The article deals with issues related to the removal of man-made space debris (SD) from the near-Earth space. SD is divided into observed (a typical size of over 100 mm) and unobserved ones. When encountering the observed SD, a spacecraft takes evasive maneuvers by changing the height. The International Space orbital station used to commit this maneuver more than once. Panels protect a spacecraft from unobserved debris. SD has emerged from the former used satellites, vehicle stages, and boosters still available on orbit, as well as a result of their destruction in case of explosion and collision. A large number of projects on removal of the near-Earth space from both the observed and the unobserved fragments of SD have been recently under development. There are offerings to remove SD via grapple fixtures, mesh-works, harpoons, etc. All anti-debris means are placed in the spacecraft (SC) and boosted into an orbit, and vehicle stages and boosters still remain on the orbit. Russia has set a Standard, which specifies the SD counter-measures. It gives recommendation for choosing the way of its disposal and dimensioning the fuel mass required for disposal in the dumping area. Selection of the dumping area depends on the altitude of a SD fragment. For high orbits the dumping area is selected according to GOST formulas. From the low orbits the fragments should be taken away to the Earth's atmosphere where they should be burned up. The calculations presented in the article show that with dumping area chosen properly the fuel mass required for maneuver is 10 - 15%. However, given the high cost of the spacecraft and its launch into orbit it is advisable to use the shuttle type vehicles similar to "Buran" and "Space Shuttle" to retrieve the spacecraft from the orbit. Space Shuttles were used to do similar work. This will allow preventing from near-Earth’s space debris due to available final vehicle stages and boosters, and, what is most important, after modernization and renovation the shuttle-retrieved spacecraft can be re-launched into space by the Space Shuttle. The special devices decelerate unobserved space debris of small size, which is moved to the low orbits and then into the Earth's atmosphere.

References

1. Kosmicheskii musor. Kn. 1: Metody nablyudeniya i modeli kosmicheskogo musora / Pod red. G.G. Raikunova. Kn. 1: Metody nablyudeniya i modeli kosmicheskogo musora. M.: FIZMATLIT, 2014. 244 s.

2. Mokhammad S.A. Mezhdunarodno-pravovye aspekty bor'by s negativnymi ekologicheskimi posledstviyami kosmicheskoi deyatel'nosti // Evraziiskii yuridicheskii zhurnal. 2010. № 7 (26). S. 115-119.

3. Maiorova V.I., Leonov V.V., Grishko D.A. Analiz podkhodov k ochistke okolozemnogo kosmicheskogo prostranstva ot ob\"ektov kosmicheskogo musora razmerom menee 10 sm // Aerokosmicheskii nauchnyi zhurnal. Elektron. zhurn. 2016. № 1. S. 14-26. DOI: 10/7463/aersp.0116.0833914

4. ROGER-Phase A: Final report: Executive Summary / EADS Space Transportation. Bremen, 2003. Rezhim dostupa: https://gsp.esa.int/documents/10192/43064675/C15706ExS.pdf/18bb5154-fa12-44f0-a240-d84672ac49d5 (data obrashcheniya 11.10.2015).

5. Yaponiya gotovitsya nachat' ochistku kosmosa ot musora pri pomoshchi metallicheskoi seti, dlinoi 300 metrov. Rezhim dostupa: http://www.dailytechinfo.org/space/5556-yaponiya-gotovitsya-nachat-ochistku-kosmosa-ot-musora-pri-pomoschi-metallicheskoy-seti-dlinoy-300-metrov.html http://future-science.ru/japonija-gotovitsja-nachat-ochistku-kosmosa-ot.htm (data obrashcheniya 01.03.2016).

6. Robinson E.Y. Spacecraft for removal of space orbital debris: US Patent 6655637 B1. Rezhim dostupa: http://www.google.com.tr/patents/US6655637 (data obrashcheniya 18.01.2016).

7. Shveitsartsy stroyat uborshchik kosmicheskogo musora. Rezhim dostupa: http://nlo-mir.ru/kosmoss/34894-shvejcarcy-strojat-uborschik-kosmicheskogo-musora.html

8. Griebel H.S. Method for modifying a position of uncontrolled objects in space and spacecraft for realizing the method: Germany Patent EP 2860115 A1. Rezhim dostupa: http://www.google.com/patents/EP2860115A1?cl=en (data obrashcheniya 01. 02. 2016).

9. Kitazawa Yu., Kawabe A., Hashimoto K., Sonehara M., Uji M., Morita Sh., Nomura K., Nakanishi K. Device for removing space debris and method for removing space debris: Japan Patent WO 2013065795 A1. 2013. Rezhim dostupa: http://www.google.com/patents/WO2013065795A1?cl=en (data obrashcheniya 20.03.2016).

10. Savel'ev B.I. Mnogorazovyi kosmicheskii apparat-buksir dlya uborki kosmicheskogo musora: Patent RF 2510359. Rezhim dostupa: http://www.findpatent.ru/patent/251/2510359.html (data obrashcheniya 14.12.2015).

11. Kosmicheskii musor predlozheno szhigat' lazerom. Rezhim dostupa: http://earth-chronicles.ru/news/2014-05-01-64585/ (data obrashcheniya 01.03.2016).

12. Kosmicheskii musor na orbite mozhno «rasstrelivat'» s pomoshch'yu lazera. Rezhim dostupa: htpp://www.realfacts.ru/1332-kosmicheskiy-musor-na-orbite-mozhno-rasstrelivat-s-pomos http://shnapsus.ru/2011/08/01/kosmicheskij-musor-na-orbite-mozhno-rasstrelivat-s-pomoshhyu-lazera/ (data obrashcheniya 20.01.2016).

13. Khel' I. Kak ochistit' orbitu ot kosmicheskogo musora? Rezhim dostupa: http://hi-news.ru/space/kak-ochistit-orbitu-ot-kosmicheskogo-musora.html (data obrashcheniya12.02.2016).

14. Dubrovich V. K., Shchesnyak S. S. Sposob ochistki kosmosa ot ob\"ektov kosmicheskogo musora: pat. 2478062 Rossiiskaya Federatsiya. 2012. Byul. № 9. 8 s. Rezhim dostupa: http://www.findpatent.ru/patent/247/2478062.html (data obrashcheniya 22.03.2016).

15. Khel' I. Sem' sposobov bor'by s kosmicheskim musorom. Rezhim dostupa: http://hi-news.ru/space/sem-sposobov-borby-s-kosmicheskim-musorom.html

16. GOST R 52925-2008. Izdeliya kosmicheskoi tekhniki. Obshchie trebovaniya k kosmicheskim sredstvam po ogranicheniyu tekhnogennogo zasoreniya okolozemnogo kosmicheskogo prostranstva. Vved. 2008-06-09. M.: Standartinform, 2008. 8 s.

17. Intelsat-18. Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia.org/wiki/Intelsat-18 (DATA OBRAShchENIYa 14.12.2015).

18. Resurs-P. Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia.org/wiki (data obrashcheniya 12.12.2015).

19. Raspredelenie kosmicheskogo musora. Ch. I. Rezhim dostupa: http://unnatural.ru/debris-distribution (data obrashcheniya 05.09.2015).

20. GPS. Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia.org/wiki/GPS (data obrashcheniya 22.01.2016).

21. Anpilogov V.R. Effektivnost' i stoimost' geostatsionarnykh ISZ fiksirovannoi svyazi i veshchaniya. Rezhim dostupa: http://www.vsat-tel.ru/library/art_17.htm (data obrashcheniya 04.05.2016).

22. Bogdanov K. Postoyanstvo «Khabbla». Rezhim dostupa: http://ria.ru/analytics/20100423/225899056.html (data obrashcheniya 4.05.2016).

23. Kryuchkov B.I., Dovzhenko V.A. Strategii provedeniya tekhnicheskogo obsluzhivaniya i remonta na orbite ekipazhami pilotiruemykh kosmicheskikh apparatov // Pilotiruemye polety v kosmos. 2014. № 3 (12). S. 25-46.