Изчистването на близкото пространство е много по -трудно, отколкото изглежда на пръв поглед
Проблемът със замърсяването на космоса е от значение за цялата космическа общност. Такива хипотетични развития в нискоземна орбита, като синдромът на Кеслер, който предсказва образуването на космически отломки извън контрол, разбуниха дори популярните медии. Ясно е, че има нужда от фундаментални изследвания, за да се разбере с каква опасност е изпълнен дори малък фрагмент и да се изчисли колко сме готови да платим за почистване на космоса.
Днес политици, учени, техници и широката общественост са дълбоко наясно с разпространението на космически отломки. Благодарение на фундаменталната работа на J-K. Liouville и Nicholas Johnson, публикувани през 2006 г., ние разбираме, че процентът на отломките вероятно ще продължи да расте в бъдеще, дори ако всички изстрелвания бъдат спрени. Причината за този устойчив растеж са сблъсъците, които се очаква да възникнат между спътниците и ракетните етапи, които вече са на орбита. Това е от голямо значение за много сателитни оператори, които са принудени да предприемат подходящи мерки за защита на своите активи.
Някои експерти смятат, че тези инциденти ще бъдат само началото на поредица от сблъсъци, които ще направят почти невъзможен достъп до ниска околоземна орбита. Това явление, описано за първи път подробно от консултанта на НАСА Доналд Кеслер, обикновено се нарича синдром на Кеслер. Но реалността вероятно ще бъде много различна от подобни прогнози или събития, показани в игралния филм "Гравитация". Всъщност резултатите, представени на Междуведомствения координационен комитет за космически отпадъци (IADC) на шестата европейска конференция по темата, показаха очаквано увеличение на отломките само с 30 процента за 200 години при непрекъснати изстрелвания.
Сблъсъците все още ще се случват, но реалността ще бъде далеч от катастрофалния сценарий, от който някои се страхуват. Нарастването на количеството космически отпадъци може да бъде намалено до доста скромно ниво. Предложението на IADC е широко разпространение и стриктно спазване на насоките за смекчаване на космическите отпадъци, особено по отношение на неутрализирането на енергийни източници, което трябва да бъде напълно разработено до края на полета, и изхвърлянето след края на полета. Независимо от това, от гледна точка на IADC, очакваното увеличение на количеството отпадъци, въпреки продължаващите усилия, все още изисква въвеждането на допълнителни мерки за борба със съществуващите рискови фактори.
Няма напредък?
Значителен интерес към рекултивацията на космическата среда беше отбелязан девет години след публикуването на работата на Лиувил и Джонсън. По -специално, по целия свят са предприети стъпки за разработване на методи за премахване на обекти от ниска околоземна орбита. Европейската космическа агенция например наскоро обяви намерението си да осигури държавна подкрепа за изстрелването на европейски космически кораб през следващото десетилетие. Агенцията е провела множество проучвания, за да определи рационални и надеждни начини за постигане на целта. Ключов елемент от планирането бяха компютърните модели на космическите отломки, които показаха, че нарастването на отломките може да бъде предотвратено чрез премахване на конкретни космически кораби или ракети. При компютърните симулации тези обекти се идентифицират като най -предразположени към сблъсъци, така че след като бъдат извадени от орбита, броят на сблъсъците трябва рязко да намалее, което ще предотврати появата на нови отломки в резултат на разпръскването на отломки.
Почти десет години са изминали от публикуването на труда на Лиувил и Джонсън и е изненадващо, че на международно или национално ниво няма методологически принципи, които да определят ясно мерките за премахване на последиците от замърсяването на околоземното пространство. Изглежда, че има известна апатия относно разработването на процедура за изхвърляне на отломки, въпреки призивите за действие. Но наистина ли е така?
Всъщност ситуацията не е толкова проста, колкото изглежда. По отношение на процедурата за отстраняване на космически отпадъци има някои основни въпроси, на които все още трябва да се отговори. Особено притеснителни са въпросите, свързани със собствеността, отчетността и прозрачността. Например, много от предлаганите технологии за отстраняване на отломки могат да се използват и за премахване или деактивиране на активен космически кораб. Затова могат да се очакват обвинения, че тези технологии са оръжия. Има и въпроси относно разходите за последователна програма за изхвърляне на боклук. Някои техници го оценяват на десетки трилиони долари.
Може би обаче най -важната причина за липсата на адекватни методологически принципи се крие във факта, че все още не знаем как да извършим рекултивация, под която на практика имаме предвид пречистването на космоса. Но това не означава, че не знаем от какви технологии се нуждаем.
Алгоритмите за еднократна употреба вече са практически разработени. Истинският проблем възниква от на пръв поглед проста задача: да се определят "правилните" отломки, които да бъдат премахнати от орбитата. И докато не успеем да разрешим този проблем, изглежда, че няма да можем да си върнем мястото.
Игра на отломки
За да осъзнаем проблемния характер на решаването на такава привидно проста задача като идентифициране на боклука, който трябва да бъде премахнат, използваме аналогията на игра с тесте от 52 обикновени карти за игра. В тази аналогия всяка карта представлява обект в космоса, който може да искаме да премахнем, за да предотвратим сблъсък. След като картите бъдат раздадени, поставяме всяка карта поотделно с лице надолу върху масата. Нашата цел сега е да се опитаме да идентифицираме асовете и да ги премахнем от масата, тъй като тези карти представляват сателити или други големи обекти от космически отломки, които могат да станат участници в сблъсъка в даден момент в бъдеще. Можем да премахнем толкова карти от масата, колкото искаме, но когато премахнем една карта, трябва да платим 10 долара. Освен това, когато се отдалечаваме, нямаме право да гледаме картата (ако сателитът бъде отстранен от орбита, не можем да кажем със сигурност какъв точно би могъл да стане участник в сблъсъка). И накрая, трябва да платим $ 100 за всеки асо, който остане на масата, което представлява потенциалните загуби, произтичащи от сблъсъци, включващи нашите спътници (в действителност, цената на подмяната на сателит може да варира от $ 100,000 до $ 2 милиарда).
Е, как можем да решим този проблем? На обратната страна всички карти са еднакви, така че няма начин да се определи къде са асата и единственият начин да се уверим, че сме изчистили всички аса е да изчистим всички карти от масата. В нашия пример това ще струва максимум 520 долара. В космоса се сблъскваме със същия проблем: не знаем точно кои обекти биха могли да участват в сблъсъци, но е твърде скъпо да ги премахнем, затова трябва да изберем. Да приемем, че сме направили избор: за да премахнем една карта от 10 долара, каква е вероятността да сме премахнали асо? Е, вероятността картата да е асо е четири делима на 52, с други думи приблизително 0, 08 или 8 процента. По този начин вероятността картата да не е асо е 92 процента. Това е вероятността да пропилеем нашите 10 долара.
Какво ще стане, ако този път вземем втора карта (която ще ни струва още 10 долара)? Вероятността втората карта да е асо зависи от това дали първата карта е асо. Ако случаят беше такъв, тогава вероятността втората карта също да е асо се разделя на три, разделено на 51 (тъй като сега в тестето има само три аса, които са намалели с една карта). Ако първата карта не е асо, вероятността втората карта да е асо е четири, разделена на 51 (защото все още има четири аса в намаляващата тесте).
Можем да използваме този метод, за да определим вероятността да сме премахнали и двата аса - просто умножаваме вероятностите, за да намерим отговора: 4/52 по 3/51, което ни дава вероятност от 0,0045 или 0,45 процента на стойност 20 долара на две карти премахнати. Не много окуражаващо.
Можем обаче да определим и вероятността да премахнем поне един от асовете. След тегленето на две карти, има 15 % шанс да сме премахнали поне един от асовете. Това звучи по -обещаващо, но и сега шансовете не са много добри.
Оказва се, че за да увеличим шансовете за теглене на поне един от асовете, трябва да премахнем повече от девет карти (на стойност $ 90) или повече от 22 карти (на стойност $ 220), ако искаме да сме сигурни 90 % че сме премахнали един от асовете. Дори и да успеем, три аса все още са на масата, така че общо трябва да платим 520 долара, което случайно е същата сума, която трябваше да платим, ако бяхме избрали опцията с премахването. Всички карти.
Игрите свършиха
Връщайки се от нашата аналогия към реалната космическа среда, ситуацията изглежда по -тревожна. Понастоящем около 20 000 обекта се проследяват на орбита, използвайки американската мрежа от космически наблюдателни станции, като около шест процента от тях са обекти с тегло над един тон, които биха могли хипотетично да участват в сблъсък и които може да искаме да премахнем. … При аналогията с картите нашият проблем е, че „гърбът“на всички карти е един и същ и вероятността единият да е пиковият асо е същият като вероятността другият също да е ас. Няма начин да идентифицирате картите, които искате, и да ги премахнете от масата. В действителност шансовете ни да избегнем сблъсък са много по -големи, отколкото при игра на карти, защото на орбита можем да видим вероятността някои обекти да участват в сблъсъци и можем да съсредоточим вниманието си върху тях. Например обектите, които са на гъсто населени орбити, като хелиосинхронни на височина между 600 и 900 километра, са най -вероятно да участват в сблъсъци поради задръстванията в тази зона. Ако съсредоточим вниманието си върху подобни обекти (и други върху подобни задръстени орбити) и вземем предвид прогнозите за възможността за техния сблъсък, се оказва, че трябва да премахнем около 50 обекта, за да намалим очаквания брой катастрофални сблъсъци чрез само едно звено, което следва от резултатите от изследванията, предприети от членовете на космическата агенция IADC.
Оказва се, че дори ако няколко обекта могат да бъдат премахнати от един космически кораб (и пет цели изглеждат като универсална алтернатива), трябва да се предприемат множество полети - често предизвикателни и амбициозни - само за да се предотврати един сблъсък.
Защо не можем да предвидим по -точно вероятността от сблъсъци и да премахнем само онези обекти, за които със сигурност знаем, че ще бъдат опасни? Има много параметри, които могат да повлияят на траекторията на спътника, включително ориентацията на сателита, независимо дали става въпрос за неравномерно движение или космическо време (което може да повлияе на съпротивлението, изпитвано от спътниците). Дори малки грешки в първоначалните стойности могат да доведат до големи разминавания в резултатите от изчисляването на положението на спътника в сравнение с реалността и след относително кратък период. Всъщност ние използваме същата техника като прогнозистите: използваме модели, за да генерираме вероятността от конкретни резултати, но не и факта, че тези резултати някога ще бъдат получени.
По този начин имаме технологии, които могат да се използват от време на време за премахване на космически отломки. Това е позицията, заета от Европейската космическа агенция с планираната им мисия e. Deorbit, но все още има проблеми, които трябва да бъдат решени, за да се идентифицират най -подходящите обекти за премахване. Тези проблеми трябва да бъдат решени, преди необходимите насоки и методологически принципи да могат да бъдат предоставени на тези, които се интересуват от изготвянето на дългосрочна програма за отстраняване на космически отпадъци, която е от съществено значение за ефективното възстановяване на околната среда.
Методологическите принципи по отношение на конкретни обекти, техния брой, изисквания и ограничения са от съществено значение за увеличаване на вероятността усилията за възстановяване на околната среда да бъдат ефективни и полезни. За да разработим такива методологически принципи, трябва да преразгледаме неоснователните си очаквания за благоприятен резултат.
