Количество мусора - природного и техногенного, связанного с деятельностью человека, - на околоземных орбитах постоянно увеличивается. В перспективе орбитальный мусор угрожает самой возможности не только освоения Космоса человеком, но и выхода в околоземное космическое пространство (ОКП). Между тем, жизнь современного человека немыслима без спутников, навигационных систем и космических станций в ОКП. Невозможным будет информационная и хозяйственная жизнь цивилизации, её развитие и процветание, освоение ближнего и дальнего Космоса.
Неожиданным препятствием амбициозным планам человечества стала проблема мусорных объектов - в первую очередь вышедших из строя спутников, их разрушенных фрагментов и обломков космической орбитальной техники. Они в буквальном смысле закрывают дорогу в Космос, препятствуя выведению космической техники, блокируют и захламляют воздушные пути, через которые должны подниматься полезные грузы.
Пока надёжных работающих технологий избавления от мусорных орбитальных объектов нет. Появятся ли они в будущем и какими видятся разработчикам ракетно-космической техники? Эти вопросы и многие другие вопросы правильного определения и принадлежности объектов в околоземном космическом пространстве к категориям отходов, отбросов или мусора обсуждаются в этой книге.
Книга написана простым доходчивым языком и рассчитана на читателя, интересующегося современным состоянием космонавтики, её проблемами и перспективами развития. Большое количество иллюстраций помогает понять изложенный материал. Для студентов, научных сотрудников, учащихся и просто любознательных людей.
Содержание:
Сокращения 1
Введение 1
1. Понятия и определения, используемые в экскретологии 2
2. Мусорные экскреты в атмосфере и в околоземном космическом пространстве (ОКП) 4
З.Орбитальные отходы 5
4. Орбитальный техногенный мусор 8
5. Орбитальный космический мусор 9
6. Орбитальные отбросы в ОКП 11
7. Как избавиться от орбитальных мусорных экскретов 12
8. Кризис космонавтики, порождённый техногенными мусорными экскретами в околоземном пространстве 15
Заключение 17
Список использованной литературы 18
Краткий тематический словарь 18
Примечания 23
Вадим Романов
Мусор преграждает путь в Космос
Сокращения
В настоящем издании применены следующие сокращения:
КА - космический аппарат;
КК - космический комплекс;
ДУ - двигательная установка:
КМ - космический мусор;
КО - космический объект;
КРТ - компонент ракетного топлива;
КТ - космическая техника;
ОКП - околоземное космическое пространство;
ОС - окружающая среда;
РК - ракетный комплекс;
РКД - ракетно-космическая деятельность;
РКТ - ракетно-космическая техника;
РАО- радиоактивные отходы;
PH - ракета-носитель;
РБ - разгонные блоки;
РТ - ракетная техника;
а. е. - астрономическая единица;
ЕКА - Европейское космическое агентство;
GEO - геостационарная орбита;
ECO - геостационарная орбита;
ВЭО - высокоэллиптическая орбита;
LEO- низкая земная орбита;
НОО - низкие околоземные орбиты;
ООН - Организация объединённых наций.
Введение
Нет ни мира, ни покоя, если путь греха избрал,
Ты своею же рукою сам себя и наказал:
Обратись всем сердцем к Богу, скорбь свою Ему излей,
И на новую дорогу обратись, мой друг, скорей.
По материалам "Библейского радиокласса"- "Хлеб наш насущный"
Потребности человечества в освоении космического пространства определяются необходимостью контроля за использованием природных ресурсов планеты, в обеспечении глобальности телекоммуникаций, навигации, мониторинга земной поверхности, воздушного и космического пространства. Космические средства имеют важнейшее значение в создании единого информационного пространства отдельных государств и всей цивилизации. Без присутствия космической техники в околоземном пространстве уже невозможно эффективное использование транспорта, развитие науки и образования, нельзя обеспечить надёжность и достоверность гидрометеорологических прогнозов и долгосрочное прогнозирование стихийных бедствий.
В XXI веке космическая деятельность аккумулирует передовые достижения науки и техники, стимулирует создание высокоэффективных технологий для производства продукции, конкурентоспособной на мировом рынке. Освоение и использование ОКП занимает ключевое место в геополитике и является одним из факторов, определяющих статус страны, способствует обеспечению её национальной безопасности, экономическому, научному и социальному развитию. Кроме того, космические военные средства являются важнейшей составляющей оборонного потенциала стран, обладающих доступом в ОКП и в большой Космос. Иными словами, без присутствия человека в ближнем и дальнем Космосе развитие цивилизации стало немыслимым. И всё это огромное, правильнее сказать, необозримое количество проблем и задач, политических, социальных и технических решений может быть остановлено некстати появившемся на "небосклоне" тривиальным мусором!
Что же происходит в околоземном космическом пространстве и как получилось, что факт возможной его блокировки мусором стал неожиданным, а человечество неготовым к этому вызову?
В настоящее время вокруг Земли вращается более 600 тыс. рукотворных объектов диаметром более 1 см. По данным Европейского космического агентства (ЕКА), 41 % составляют различные обломки, потерянные инструменты и т. п., 22 % - это отработавшие свой срок космические аппараты, 13 % от общего числа составляют следы различных экспериментов и научных проектов, 7 % - части ракет-носителей. В то же время на функционирующие космические аппараты приходится только 7 % огромного количества отходов, связанных с освоением Космоса человечеством. Получается, что 93 % объектов, вращающихся вокруг Земли, - это бесполезный и опасный мусор, разбросанный по различным орбитам. Причём удалить его одномоментно или за небольшое время из околоземного космического пространства невозможно. Взорвав мусор в ОКП, мы не уничтожим его, а лишь увеличим его количество в виде более мелких фрагментов.
Избавление от космического и орбитального техногенного мусора возможно только при его сгорании в атмосфере. По расчётам учёных, в течение нескольких лет спуститься до её уровня могут объекты, расположенные на высоте ниже 600 км. Расположенному на высотах ~800 км мусору на это требуется десятилетия, а искусственным объектам на высотах от тысячи километров и выше - сотни лет. В создавшейся ситуации мусор закрывает дорогу в Космос. Для решения этой проблемы необходимы научные исследования и изучение мусорного феномена, начало которым было заложено экскретологией - наукой о продуктах конечного выделения природы и человеческого общества [1]. В первую очередь необходимо определиться в терминологии, тогда можно надеяться на возможность научного определения изучаемых объектов, исключающую их неоднозначную трактовку и понимание.
В природоохранной, а точнее сказать в экскретологической деятельности сложилась ситуация, когда специалисты различных областей знаний понимают первичные определения неодинаково - одни очень узко, другие чрезмерно широко, произвольно заменяя одни объекты другими. Это относится к таким экскретам как отходы, отбросы и мусор. А ведь необходимо, - "чтобы новые определения согласовались с теми, которые положены в основу науки, и чтобы одинаковые термины сохраняли всегда один смысл". Иначе о какой "основе" и о какой "науке" вообще может идти речь? Узкие специалисты не понимают друг друга, они не имеют общего для всех языка. Он раздроблен на множество течений, учений и школ и применяется узковедомственно. Такого беспорядка нет даже в астрологии, которую немногие признают за науку. В разных публицистических и научных изданиях авторы одни и те же объекты называют то мусором, то отходами, то отбросами. Понятие мусора в справочниках найти непросто, а если оно там приведено, то путано и противоречиво [1].
Возникла парадоксальная ситуация - отбросы, мусор, мусорные свалки и полигоны есть, а самих этих объектов как бы и нет! Они присутствуют только в некоторых словосочетаниях (например, мусороприёмник, мусоровоз, космический мусор) или в просторечии. Нет таких определений, как мы выяснили ранее, и в научной справочной литературе.
В Большой Медицинской Энциклопедии [42] также всё, от чего избавляется человек в процессе жизнедеятельности "свалено в кучу", но называются эти объекты не отходами, как в российских федеральных законах, а отбросами.
Подробно этот вопрос обсуждается в нашей книге [1], где предлагается логически непротиворечивая терминология мусорных объектов на основе понятия экскретов.
Что касается космонавтики и смежных с ней областей знаний, то авторы многих изданий используют понятие "космического мусора" к любым вышедшим из строя техногенным объектам, их фрагментам и разрушенным при авариях изделиям и частицам. Например, в Национальном стандарте "Изделия космической техники" (ГОСТ Р 52925-2008)" [43] в разделе 3.7 космический мусор определяется так: "Все находящиеся на околоземной орбите космические объекты искусственного происхождения (включая фрагменты или части таких объектов), которые закончили своё активное функционирование". Это определение нуждается в уточнении, так как к Космосу эти объекты никакого отношения не имеют и должны быть отнесены либо к отходам, либо к техногенному мусору. В разделе 6 Федерального ГОСТа [43], кроме того, используется понятие "твёрдого мусора". Что это такое, в этом документе не разъясняется…
Основным результатом этой книги является не столько космическая научная и познавательная её направленность, а в первую очередь выяснение феномена орбитальных мусорных объектов. Всё, что бездумно называют "космическим мусором", на самом деле следует подразделить на совершенно разные объекты - разные как в физическом, так и в функциональном планах. В первом разделе книги даются понятия и определения объектов, используемых в экскретологии. Вопросы классификации орбитальных экскретов на орбитальные отходы, орбитальный техногенный мусор, орбитальные отбросы и орбитальный космический мусор приведено в разделах 2–6 нашей книги.
В седьмом разделе книги на основе литературных данных обсуждаются возможности и способы избавления от орбитальных мусорных экскретов.
Последний восьмой раздел книги посвящён рассмотрению и анализу кризиса космонавтики, который может наступить при сохранении прежних принципов и методов освоения космического пространства. В приложениях к книге приводятся данные о экскретах и порождаемых ими проблемах, а также выдержки из "Национального стандарта" по требованиям к космическим средствам ограничения техногенного засорения ОКП. Краткий тематический словарь поможет разобраться в разнообразных терминах и определениях, а многочисленные иллюстрации зримо представить, недоступную для обозрения на поверхности Земли космическую технику.
1. Понятия и определения, используемые в экскретологии
Экскретология как наука, изучающая преобразования с продуктами выделений и отторжений общества и природы, к настоящему времени ещё полностью не сформировалась, поэтому вопросы терминологии являются чрезвычайно важными. Ниже приведены кратко основные понятия и определения, используемые в "мусорном" блоке экскретологии.
Ввиду особой актуальности и важности отходов, отбросов и мусора для жизни общества этот блок требует отдельного рассмотрения (выделен пунктиром на Рис. 1.1.). Изучению объектов этого блока применительно к объектам космонавтики, в сущности, и посвящена наша книга.
Более детально, с разделением на природные и антропогенные, сведения об экскретах приведены в нашей книге "Начала экскретологии" [1].
Экскретология и экскреты
Экскретология (от латинского excretum - выделенное) - наука о выделениях и отторжениях, выбросах, потерях и удалениях антропогенных (связанных с человеком и его деятельностью) и природных объектов, их возникновении, трансформации, возможной утилизации, использовании и уничтожении. Такими объектами - экскретами - являются конечные продукты деятельности человека и других живых организмов, а также вещества и продукты, возникающие при различных - как правило экстремальных - природных процессах. Рассматриваются материальные объекты в виде физических тел. О нематериальных экскретах смотри в Приложении книги [1].
Рис. 1.1. Схема классификации выделяемых природой и обществом объектов как составных частей экскретологии. "Мусорный" блок экскретов выделен пунктиром
В широком смысле экскретами являются любые естественно-природные и антропогенные объекты, закончившие свой жизненный цикл, выделенные и/или отторгнутые организмами (в том числе и общественными), выбрасываемые за ненадобностью или уничтожаемые каким-нибудь способом.
В справочной литературе (например, в словаре русского языка Д. Н. Ушакова [2]) понятие отторжения определяется так:
"Отторгать -, отторгнуть что от чего, оторвать, отделить дергая, порвав; отодрать, отнять силою". В нашей книге процесс отторжения трактуется более расширенно и предполагает:
а). для живых организмов - выделение, отделение и изоляцию от привычных биогеоценозов в том числе со смертельным исходом;
б). для неорганических объектов - выделение, отделение, изоляцию от первоначального физического тела, потерю или выбрасывание, деструкцию или уничтожение.
Классификации выделяемых природой и обществом объектов как составных частей экскретологии представлена на схеме Рис. 1.1.
Элементы экскретологии - это отходы, мусор, отбросы, а также утраты, находки и потери, виктимы и девиаты. В этом разделе книги выясняется какой смысл вкладывается в определение этих объектов.
Можно сказать, что экскретами являются все материальные объекты природных сред и человеческого общества, отслужившие "свой срок", закончившие жизненный цикл или появившиеся (возникшие) при деструктивных, катаклизменных или катастрофических явлениях.
Классификация экскретов по принадлежности к природным или антропогенным приведена на схеме Рис. 1.2. Подробно о "немусорных" экскретах: потерях, находках, виктимах, утратах и девиатах можно прочитать в нашей книге [1].
Рис. 1.2. Схема классификации экскретов по принадлежности к природным или антропогенным
Отходы
Часто не только на бытовом уровне, но и в публикациях отходы отождествляют с мусором, что приводит к путанице и неразберихе.
Понятие отходов является базовым не только для экскретологии, но и для смежных наук, посвящённых охране и защите природы, тем важнее дать ему правильное и однозначное определение. В политехническом словаре [3] отходы производства определены как остатки основных и вспомогательных материалов, образующиеся в производственном процессе. Такое толкование понятия отходов слишком узкое. Оно не включает в себя возможные непроизводственные отходы: бытовые, сельскохозяйственные, медицинские и отходы многих других сфер приложения человеческого труда.
Более общее и расширенное определение этого понятия даётся в словаре-справочнике [4]:
- Отходы - непригодные для производства данной продукции виды сырья, его неупотребимые остатки или возникающие в ходе технологических процессов вещества (твёрдые, жидкие, газообразные) и энергия, не подвергающиеся утилизации в рассматриваемом производстве (в том числе с.-х. и в строительстве). Отходы одного производства могут служить сырьём для другого. Как правило, в категорию отходов не включают природные вещества, неявно используемые в технологических циклах, - воздух, его кислород, проходящую "транзитом" воду и т. п. Нередко не учитываются и энергетические отходы…
Приведённое выше определение заранее предполагает наличие некоторого производственного процесса и не охватывает другие области человеческой деятельности. Например, для бытовых отходов можно использовать следующее определение.
Отходы - произведённые человеком вещества, тела, продукты и объекты, потерявшие потребительские свойства и не пригодные для использования по прямому назначению. Однако это не означает, что их нельзя использовать для каких-нибудь других целей, например, утилизируя ценные компоненты или вещества.
Востребованные отходы - вторичное сырьё.
Невостребованные отходы представляют собой ненужный хлам, отправляются на свалку или уничтожаются.