Le processus d'exploration spatiale, qui a pratiquement commencé au milieu du 20e siècle, est généralement présenté du côté positif comme une nouvelle étape dans le développement des connaissances scientifiques et technologiques. Cependant, déjà après le lancement du premier satellite, un processus négatif complètement différent a commencé en parallèle, associé au colmatage des orbites proches de la Terre. Les débris artificiels dans l'espace représentent une multitude de menaces pour les engins spatiaux et la Terre.
Sources de débris spatiaux
Les ordures dans ce cas font référence à des produits dérivés de nature artificielle, qui sont très divers, mais sont associés à une activité humaine directe. Par exemple, les météoroïdes naturels ne constituent pas une menace, contrairement aux déchets artificiels, qui constituent une menace en raison de leur long séjour en orbite terrestre basse.
Alors, d'où viennent les débris dangereux dans l'espace ? La majeure partie estgénérées lors des lancements de satellites et des lancements d'autres véhicules en orbite. Dans de tels processus, des navires habités ou automatiques d'accompagnement sont nécessairement impliqués, qui laissent derrière eux des objets techniques et des consommables. La source la plus dangereuse de pollution de ce type est la destruction de satellites et de navires en orbite, à la suite de quoi des équipements et des parties structurelles d'aéronefs non gérés restent dans l'espace. À eux seuls, les fragments après les crashs d'équipements ou en cours de rejet programmé de déchets ne constituent pas une menace sérieuse en un seul nombre. Cependant, avec une accumulation à long terme, de gros objets se forment, souvent avec un potentiel radioactif élevé, ce qui rend difficile leur destruction.
Un rôle important dans les processus de formation de débris dangereux est joué par l'effet de "l'âge" de la dégradation des débris d'objets spatiaux dans un environnement agressif. Les mêmes accumulations de débris sont affectées négativement par la poussière cosmique, les radiations, les températures extrêmes, l'oxydation de l'oxygène, etc. Ainsi, il faut faire face non seulement aux éléments physiques qui constituent une menace de collision, mais aussi aux matériaux incontrôlés et explosifs qui augmentent le risque. de catastrophes.
Surveillance des débris spatiaux
Les dangers existants associés à la présence de débris spatiaux nécessitent également des recherches constantes sur les orbites proches de la Terre. Des dispositifs spéciaux analysent les déchets artificiels selon plusieurs caractéristiques, notamment la taille, la masse, la forme, la vitesse,trajectoire, composition, etc. Selon la distance à la Terre, certains équipements sont utilisés. Par exemple, l'orbite terrestre basse du système LEO couvre classiquement une distance de 100 à 2000 km. L'ingénierie radio, radar, optique, optoélectronique, laser et autres dispositifs d'observation des débris spatiaux fonctionnent dans ce spectre. Dans le même temps, des algorithmes spéciaux sont développés pour analyser les informations reçues sur ces appareils. Pour combiner un ensemble de données fragmentées, des modèles de calcul mathématiques complexes sont utilisés, qui donnent une image relativement complète de ce qui se passe dans un domaine d'observation particulier.
Malgré l'utilisation de méthodes de surveillance de haute technologie, il existe toujours des problèmes pour suivre les petites particules aussi petites que quelques millimètres. De tels fragments ne peuvent être étudiés que partiellement par des capteurs embarqués, mais cela ne suffit pas pour obtenir des informations complètes, par exemple sur la composition chimique de l'objet. L'une des voies de surveillance de telles particules est la mesure dite passive. À un moment donné, selon ce principe, les composants de la station spatiale Mir renvoyés sur Terre ont été étudiés. L'essence de cette technologie est d'enregistrer les impacts des particules étudiées sur la surface de l'appareil en espace ouvert. Dans les laboratoires, divers types de dommages ont été analysés, ce qui a permis d'obtenir des informations supplémentaires sur les débris spatiaux. Aujourd'hui, des équipes de cosmonautes travaillent sur cette voie de recherche directement en orbite, inspectant les surfaces des engins spatiaux en fonctionnement.
Répartition des débris dans l'espace proche de la Terre
La surveillance de l'espace extra-atmosphérique indique une répartition inégale des débris de différents types sur les orbites. Les plus grands amas sont observés dans la région de l'orbite basse - en particulier, par rapport aux orbites hautes, la différence de densité peut être multipliée par mille. Dans le même temps, il existe une relation entre la densité des clusters et la taille des particules. La densité spatiale des débris de taille moyenne est généralement plus faible sur les orbites hautes que sur les orbites basses dans une proportion plus faible par rapport aux éléments à gros grains.
Les caractéristiques de la distribution des débris spatiaux autour de la Terre sont influencées par un certain nombre de facteurs, parmi lesquels les caractéristiques d'origine. Par exemple, de petits fragments formés à la suite de la destruction de parties de la station ou de satellites ont des vecteurs de vitesse instables. Quant aux gros débris, en raison de sa dynamique élevée, ils peuvent atteindre des altitudes élevées jusqu'à 20 000 km et se propager également dans l'anneau géostationnaire. Au niveau de 2000 km, on observe une répartition inégale avec des points d'augmentation de densité à 1000 et 1500 km notamment. Soit dit en passant, l'orbite géostationnaire est la plus obstruée et, dans sa zone, une forte tendance à la dérive des débris est enregistrée.
Tendances du développement des débris spatiaux
Les scientifiques de l'espace sont plus préoccupés par les menaces potentielles que par les menaces actuellesdébris en orbite terrestre. À l'heure actuelle, des études suggèrent une augmentation du taux de pollution de 4 à 5 % par an. De plus, le rôle des lancements d'engins spatiaux n'a pas encore été évalué de manière fiable en termes de croissance de la population de corps étrangers sur différentes orbites. Les gros objets se prêtent à la prévision, mais, comme nous l'avons déjà noté, les informations limitées sur les petits débris, même dans l'espace proche, ne nous permettent pas de parler avec un haut degré d'objectivité des caractéristiques des débris de masse. Malgré cela, les scientifiques tirent deux conclusions sans ambiguïté sur les petits débris:
- Le volume de petites particules formées à la suite de la destruction augmente régulièrement avec l'augmentation du nombre de collisions. Tant dans des conditions de laboratoire que dans des études théoriques, il a été démontré que les petits fragments constituent une proportion importante des éléments qui sont séparés des objets de destruction.
- Les très petites particules sous la forme des mêmes produits de collision sont plus sensibles aux effets négatifs des forces externes. L'effet de la dégradation lorsque les débris se trouvent dans des conditions agressives pendant une longue période réduit la probabilité d'une évaluation fiable de l'avenir de telles accumulations.
De toute évidence, les problèmes de recherche de débris dans l'espace ne feront qu'empirer, ce qui nécessite l'adoption de mesures appropriées. Mais même avec un arrêt complet des projets liés à l'espace, l'orbite terrestre continuera à se boucher en raison de la collision d'éléments polluants existants avec des particules naturelles. Par inertie, ce processus se poursuivra pendant au moins 100ans.
Types d'effets de la pollution spatiale
Les conséquences négatives les plus dangereuses de l'influence des débris spatiaux sont les suivantes:
- Dommages écologiques à la Terre. En soi, la présence de débris technogéniques dans l'orbite proche de la Terre entraîne une modification du fond écologique et porte atteinte à la pureté originelle de l'environnement. Selon les astronomes-observateurs, le processus de réduction de la transparence de l'espace proche de la Terre progresse déjà, ce qui explique également la présence d'interférences avec le fonctionnement des équipements radio. Directement pour la Terre, on peut noter le danger de chute de composants avec des matériaux combustibles qui assurent le fonctionnement des moteurs à réaction.
- Débris tombant sur Terre. Même sans effet radioactif, la chute de déchets artificiels depuis l'espace proche peut avoir des conséquences catastrophiques. À ce jour, les plus gros objets atterris n'avaient pas une masse supérieure à 100 tonnes, mais cela ne constituait pas une menace sérieuse pour la planète. D'autre part, à mesure que l'intensité de l'obstruction de l'orbite terrestre augmentera, ce scénario deviendra de plus en plus sombre.
- Danger de collision spatiale. Ne sous-estimez pas les dommages causés par les débris spatiaux aux équipements utilisés pour l'assistance au vol. Les mêmes impacts des grosses et des petites particules peuvent entraîner des perturbations importantes dans le fonctionnement des appareils, et de gros accidents compromettent les perspectives de mise en œuvre de projets ambitieux et coûteux.
Systèmes d'évaluation des dommages en cas de collisiondétritus
Tout d'abord, la pratique déjà établie d'analyse des effets à la surface des engins spatiaux est appliquée par examen externe par les cosmonautes eux-mêmes. Comme mentionné ci-dessus, les résultats de ces études peuvent être utilisés pour déterminer les caractéristiques des ordures. Cependant, les informations analytiques les plus précises ne sont fournies que par des tests de laboratoire dans lesquels les matériaux cibles sont artificiellement affectés. Une imitation d'une collision d'équipements avec des débris dans l'espace est réalisée par des impacts à ultra-haute vitesse. De plus, au moyen de la modélisation informatique et numérique, les données obtenues sont traitées avec une analyse des caractéristiques du dommage et de la mécanique de l'impact sur l'objet cible. Parmi les principaux indicateurs figurent des propriétés telles que la résistance, la préservation de la fonctionnalité, la capacité de survie des composants individuels, le degré de fragmentation, etc.
Déterminer le niveau de menace des débris spatiaux
Même au stade de la conception des stations orbitales et des complexes spatiaux, la possibilité de collision avec divers types de débris est prise en compte. Pour calculer la fiabilité de conception optimale, des données sur l'environnement spécifique où l'appareil sera utilisé sont utilisées. Dans le même temps, l'imprécision des méthodes expérimentales et analytiques d'évaluation des menaces reste un problème important. Les débris dans l'espace ne peuvent être examinés qu'à un certain degré d'hypothèses, ce qui rend difficile pour les concepteurs de préparer correctement les véhicules aux collisions à grande vitesse. PourPour une évaluation approximative de la menace, on utilise le concept de flux généraux de débris spatiaux, qui peuvent potentiellement être rencontrés sur la trajectoire de l'engin spatial. D'autres données sont affichées sur la densité de flux, la vitesse, les angles d'attaque et le nombre d'impacts attendus.
Moyens de réduire les menaces liées aux débris dans l'espace
Le niveau relativement faible de surveillance et de caractérisation des débris spatiaux avec leur prédiction n'est qu'une partie du problème. Au stade actuel, les spécialistes sont confrontés à un certain nombre de problèmes liés à la réduction des risques d'impact négatif des déchets d'origine humaine dans l'espace extra-atmosphérique. Aujourd'hui, deux directions sont envisagées pour résoudre ce problème. Premièrement, il s'agit d'une réduction générale des vols, ainsi que de la minimisation des processus technologiques qui conduisent au colmatage des orbites à différents niveaux. Deuxièmement, nous pouvons parler de l'optimisation structurelle des véhicules avec la réduction des pièces qui pourraient potentiellement devenir des débris spatiaux. Une attention particulière dans les systèmes de contrôle spatial est aujourd'hui consacrée à la contamination par des substances radioactives. Cela concerne la minimisation des produits d'échappement des moteurs jusqu'à la transition vers des ressources énergétiques fondamentalement nouvelles.
Perspectives de lutte contre les débris dans l'espace proche
Les travaux actifs en faveur de la réglementation des activités spatiales au niveau mondial incitent à l'optimisme pour évaluer l'évolution de la situation à l'avenir. Une attitude prudente envers la propreté des environnements orbitaux est incluse dans les concepts des programmes stratégiques des plus grands États, qui contribuentla plus grande contribution à la lutte contre les débris dans l'espace. Le nettoyage et l'élimination des petites et grandes particules sur des orbites polygonales est l'un des domaines clés du nettoyage de l'espace de la pollution d'origine humaine, mais il n'existe pas encore de méthodes efficaces pour mettre en œuvre ce concept. Il s'agit d'une tâche difficile sur le plan technologique, c'est pourquoi l'accent est mis actuellement sur les moyens d'optimiser les activités humaines dans l'espace.
Conclusion
L'un des moyens les plus radicaux de résoudre les problèmes de débris spatiaux consiste à arrêter complètement le lancement de stations orbitales et de satellites jusqu'à ce que de nouveaux moyens plus abordables de nettoyage de l'environnement proche de la Terre apparaissent. Mais cette direction est aussi utopique pour un certain nombre de raisons économiques et technologiques. Néanmoins, il existe des conditions préalables pour changer la situation pour le mieux. Même si vous regardez plusieurs décennies en arrière, vous pouvez remarquer des changements fondamentaux dans l'attitude de la personne elle-même face à ce problème. Ainsi, si lors de l'exploitation de la station spatiale Mir, la pratique habituelle était le rejet direct des déchets de l'équipage, cela est aujourd'hui impossible à imaginer. Des règles de plus en plus strictes sont introduites pour réglementer les processus d'être dans l'espace extra-atmosphérique. Cela est également attesté par les conventions internationales, selon lesquelles les pays participant aux activités spatiales sont tenus d'adhérer aux principes de réduction de l'impact négatif sur la situation écologique dans l'environnement proche de la Terre.
