Proses penerokaan angkasa lepas, yang secara praktikalnya bermula pada pertengahan abad ke-20, biasanya dipersembahkan pada sisi positif sebagai peringkat baharu dalam perkembangan ilmu sains dan teknologi. Walau bagaimanapun, selepas pelancaran satelit pertama, proses negatif yang sama sekali berbeza bermula secara selari, dikaitkan dengan penyumbatan orbit dekat Bumi. Serpihan buatan manusia di angkasa lepas menimbulkan pelbagai ancaman kepada kedua-dua kapal angkasa dan Bumi.
Sumber serpihan angkasa
Sampah dalam kes ini merujuk kepada terbitan sifat buatan manusia, yang sangat pelbagai, tetapi dikaitkan dengan aktiviti manusia secara langsung. Contohnya, meteoroid yang wujud secara semula jadi tidak menimbulkan ancaman, tidak seperti sisa buatan manusia, yang menimbulkan ancaman kerana berada lama di orbit Bumi yang rendah.
Jadi, dari manakah datangnya serpihan berbahaya di angkasa? Kebanyakannya adalahdijana semasa pelancaran satelit dan pelancaran kenderaan lain ke orbit. Dalam proses sedemikian, kapal bermanusia atau automatik yang mengiringi semestinya terlibat, yang meninggalkan objek teknikal dan bahan habis pakai. Sumber pencemaran yang paling berbahaya seperti ini ialah pemusnahan satelit dan kapal di orbit, akibatnya peralatan dan bahagian struktur pesawat yang tidak terurus kekal di angkasa. Dengan sendirinya, serpihan selepas kemalangan peralatan atau dalam proses pengeluaran sisa yang dirancang tidak menimbulkan ancaman serius dalam satu bilangan. Walau bagaimanapun, dengan pengumpulan jangka panjang, objek besar terbentuk, selalunya dengan potensi radioaktif yang tinggi, yang menjadikannya sukar untuk memusnahkannya.
Peranan penting dalam proses pembentukan serpihan berbahaya dimainkan oleh kesan degradasi "umur" serpihan daripada objek angkasa dalam persekitaran yang agresif. Pengumpulan serpihan yang sama dipengaruhi secara negatif oleh habuk kosmik, sinaran, suhu yang melampau, pengoksidaan oksigen, dan lain-lain. Oleh itu, seseorang perlu menangani bukan sahaja dengan unsur fizikal yang menimbulkan ancaman perlanggaran, tetapi dengan bahan yang tidak terkawal dan meletup yang meningkatkan risiko bencana.
Memantau serpihan ruang
Bahaya sedia ada yang dikaitkan dengan kehadiran serpihan angkasa juga memerlukan penyelidikan berterusan ke orbit berhampiran Bumi. Peranti khas mengimbas sisa buatan manusia mengikut beberapa ciri, termasuk saiz, jisim, bentuk, kelajuan,trajektori, komposisi, dll. Bergantung pada jarak dari Bumi, peralatan tertentu digunakan. Sebagai contoh, orbit Bumi rendah sistem LEO secara konvensional meliputi jarak dari 100 hingga 2000 km. Kejuruteraan radio, radar, optik, optoelektronik, laser dan peranti lain untuk memerhati serpihan angkasa beroperasi dalam spektrum ini. Pada masa yang sama, algoritma khas sedang dibangunkan untuk menganalisis maklumat yang diterima pada peranti ini. Untuk menggabungkan satu set data yang berpecah-belah, model pengiraan matematik yang kompleks digunakan, yang memberikan gambaran yang agak lengkap tentang perkara yang berlaku dalam kawasan pemerhatian tertentu.
Walaupun menggunakan kaedah pemantauan berteknologi tinggi, masih terdapat masalah untuk mengesan zarah kecil sekecil beberapa milimeter. Serpihan sedemikian hanya boleh dikaji sebahagiannya oleh penderia onboard, tetapi ini tidak mencukupi untuk mendapatkan maklumat komprehensif, contohnya, tentang komposisi kimia objek. Salah satu arahan untuk memantau zarah tersebut adalah apa yang dipanggil ukuran pasif. Pada satu masa, mengikut prinsip ini, komponen stesen angkasa Mir yang dikembalikan ke Bumi telah dikaji. Intipati teknologi ini adalah untuk mendaftarkan kesan zarah yang dikaji pada permukaan radas di ruang terbuka. Di makmal, pelbagai jenis kerosakan dianalisis, yang memungkinkan untuk mendapatkan maklumat tambahan tentang serpihan angkasa. Hari ini, pasukan angkasawan bekerja di sepanjang laluan penyelidikan ini secara langsung di orbit, memeriksa permukaan kapal angkasa yang beroperasi.
Taburan serpihan di angkasa dekat Bumi
Pemantauan angkasa lepas menunjukkan taburan serpihan pelbagai jenis yang tidak sekata di orbit. Kelompok terbesar diperhatikan di kawasan orbit rendah - khususnya, berbanding dengan orbit tinggi, perbezaan ketumpatan boleh menjadi seribu kali ganda. Pada masa yang sama, terdapat hubungan antara ketumpatan kelompok dan saiz zarah. Ketumpatan ruang serpihan bersaiz sederhana biasanya lebih rendah di orbit tinggi berbanding di orbit rendah dalam bahagian yang lebih kecil berbanding unsur berbutir kasar.
Ciri-ciri taburan serpihan angkasa di sekeliling Bumi dipengaruhi oleh beberapa faktor, antaranya ialah ciri asal. Sebagai contoh, serpihan kecil yang terbentuk akibat pemusnahan bahagian stesen atau satelit mempunyai vektor halaju yang tidak stabil. Bagi serpihan yang besar, disebabkan oleh dinamiknya yang tinggi ia mampu mencapai altitud tinggi sehingga 20,000 km, dan juga tersebar di gelang geostasioner. Pada tahap 2000 km, terdapat taburan yang tidak sekata dengan titik ketumpatan meningkat pada 1000 dan 1500 km khususnya. Ngomong-ngomong, orbit geopegun adalah yang paling tersumbat, dan di kawasannya kecenderungan tinggi serpihan untuk hanyut direkodkan.
Aliran pembangunan serpihan angkasa
Saintis angkasa lepas lebih mementingkan potensi berbanding ancaman semasaserpihan di orbit Bumi. Pada masa ini, kajian mencadangkan peningkatan dalam kadar pencemaran sebanyak 4-5% setahun. Selain itu, peranan pelancaran kapal angkasa belum lagi dinilai dengan pasti dari segi pertumbuhan populasi badan asing di orbit yang berbeza. Objek besar boleh diramalkan, tetapi, seperti yang telah dinyatakan, maklumat terhad tentang serpihan kecil walaupun di ruang berhampiran tidak membenarkan kita bercakap dengan objektiviti yang tinggi tentang ciri-ciri serpihan jisim. Walaupun begitu, saintis membuat dua kesimpulan yang jelas tentang serpihan kecil:
- Isipadu zarah-zarah kecil yang terbentuk akibat pemusnahan secara berterusan meningkat dengan peningkatan bilangan perlanggaran. Kedua-dua dalam keadaan makmal dan dalam kajian teori, telah ditunjukkan bahawa serpihan kecil membentuk sebahagian besar unsur yang dipisahkan daripada objek pemusnahan.
- Zarah yang sangat kecil dalam bentuk produk perlanggaran yang sama lebih mudah terdedah kepada kesan negatif kuasa luar. Kesan degradasi apabila serpihan berada dalam keadaan agresif untuk jangka masa yang lama mengurangkan kemungkinan penilaian yang boleh dipercayai tentang masa depan pengumpulan sedemikian.
Jelas sekali, masalah mencari serpihan di angkasa akan menjadi lebih teruk, yang memerlukan tindakan yang sewajarnya. Tetapi walaupun dengan penutupan sepenuhnya projek berkaitan angkasa, orbit Bumi akan terus tersumbat akibat perlanggaran unsur pencemaran sedia ada dengan zarah semula jadi. Dengan inersia, proses ini akan berterusan untuk sekurang-kurangnya 100 lagitahun.
Jenis-jenis kesan pencemaran angkasa
Akibat negatif yang paling berbahaya daripada pengaruh serpihan angkasa termasuk yang berikut:
- Kerosakan ekologi kepada Bumi. Dengan sendirinya, kehadiran serpihan teknogenik dalam orbit berhampiran Bumi memerlukan perubahan dalam latar belakang ekologi dan melanggar kesucian asal alam sekitar. Menurut ahli astronomi-pemerhati, proses mengurangkan ketelusan ruang dekat Bumi sudah berjalan, yang juga menjelaskan kehadiran gangguan terhadap pengendalian peralatan radio. Secara langsung untuk Bumi, seseorang boleh perhatikan bahaya komponen yang jatuh dengan bahan bahan api yang memastikan operasi enjin jet.
- serpihan jatuh ke Bumi. Walaupun tanpa kesan radioaktif, kejatuhan sisa buatan manusia dari angkasa lepas boleh membawa kepada akibat bencana. Sehingga kini, objek mendarat terbesar mempunyai jisim tidak lebih daripada 100 tan, tetapi ini tidak menimbulkan ancaman serius kepada planet ini. Sebaliknya, apabila keamatan halangan orbit Bumi meningkat, senario ini akan menjadi semakin suram.
- Bahaya perlanggaran angkasa lepas. Jangan memandang rendah kemudaratan serpihan angkasa untuk peralatan yang digunakan dalam sokongan penerbangan. Kesan zarah besar dan kecil yang sama boleh membawa kepada gangguan yang ketara dalam pengendalian peranti, dan kemalangan besar menjejaskan prospek pelaksanaan projek bercita-cita tinggi yang mahal.
Sistem penilaian kerosakan ranap sistemsampah
Pertama sekali, amalan yang sedia ada untuk menganalisis kesan pada permukaan kapal angkasa digunakan melalui pemeriksaan luaran oleh angkasawan sendiri. Seperti yang dinyatakan di atas, hasil kajian tersebut boleh digunakan selanjutnya untuk menentukan ciri-ciri sampah. Walau bagaimanapun, maklumat analisis yang paling tepat hanya disediakan melalui ujian makmal di mana bahan sasaran terjejas secara buatan. Tiruan perlanggaran peralatan dengan serpihan di ruang angkasa direalisasikan melalui impak berkelajuan ultra tinggi. Selanjutnya, melalui pemodelan komputer dan digital, data yang diperolehi diproses dengan analisis ciri-ciri kerosakan dan mekanik kesan pada objek sasaran. Antara penunjuk utama ialah sifat seperti kekuatan, pemeliharaan kefungsian, kebolehmandirian komponen individu, tahap pemecahan, dsb.
Menentukan tahap ancaman serpihan angkasa
Walaupun pada peringkat reka bentuk stesen orbit dan kompleks angkasa, kemungkinan perlanggaran dengan pelbagai jenis serpihan diambil kira. Untuk mengira kebolehpercayaan reka bentuk yang optimum, data tentang persekitaran khusus di mana peranti akan digunakan akan digunakan. Pada masa yang sama, ketidaktepatan kaedah eksperimen dan analisis untuk menilai ancaman masih menjadi masalah yang ketara. Serpihan di angkasa hanya boleh diperiksa pada tahap andaian tertentu, menyukarkan pereka bentuk untuk menyediakan kenderaan dengan betul untuk perlanggaran berkelajuan tinggi. UntukUntuk penilaian anggaran anggaran, konsep aliran umum serpihan angkasa digunakan, yang berpotensi ditemui di laluan kapal angkasa. Data lanjut dipaparkan pada ketumpatan fluks, kelajuan, sudut serangan dan bilangan kesan yang dijangkakan.
Cara mengurangkan ancaman daripada serpihan di angkasa
Tahap pemantauan dan pencirian serpihan angkasa yang agak rendah dengan ramalannya hanyalah sebahagian daripada masalah. Pada peringkat sekarang, pakar berhadapan dengan beberapa isu yang berkaitan dengan mengurangkan risiko kesan negatif sisa buatan manusia di angkasa lepas. Hari ini, dua arah sedang dipertimbangkan untuk menyelesaikan masalah ini. Pertama, ini ialah pengurangan umum dalam penerbangan, serta pengecilan proses teknologi yang membawa kepada penyumbatan orbit pada tahap yang berbeza. Kedua, kita boleh bercakap tentang pengoptimuman struktur kenderaan dengan pengurangan bahagian yang berpotensi menjadi serpihan angkasa. Perhatian khusus dalam sistem kawalan angkasa hari ini ditumpukan kepada pencemaran dengan bahan radioaktif. Ini melibatkan pengecilan produk ekzos enjin sehingga peralihan kepada sumber bahan api yang asasnya baharu.
Prospek untuk memerangi serpihan di angkasa terdekat
Kerja aktif ke arah pengawalseliaan aktiviti angkasa lepas di peringkat global memberikan alasan untuk optimis dalam menilai perkembangan situasi pada masa hadapan. Sikap berhati-hati terhadap kebersihan persekitaran orbit termasuk dalam konsep program strategik negeri terbesar, yang menyumbangsumbangan terbesar untuk memerangi serpihan di angkasa. Pembersihan dan penyingkiran zarah kecil dan besar ke orbit poligon adalah salah satu bidang utama dalam pembersihan ruang daripada pencemaran buatan manusia, tetapi belum ada kaedah yang berkesan untuk melaksanakan konsep ini. Ini adalah tugas yang sukar dari segi teknologi, jadi penekanan utama pada masa ini masih pada cara untuk mengoptimumkan aktiviti manusia di angkasa.
Kesimpulan
Salah satu cara radikal untuk menyelesaikan masalah serpihan angkasa lepas adalah dengan menghentikan sepenuhnya pelancaran stesen orbit dan satelit sehingga kaedah pembersihan persekitaran dekat Bumi yang baharu dan lebih berpatutan muncul. Tetapi arah ini juga utopia kerana beberapa sebab ekonomi dan teknologi. Namun begitu, terdapat prasyarat untuk mengubah keadaan menjadi lebih baik. Walaupun anda melihat ke belakang beberapa dekad, anda dapat melihat perubahan asas dalam sikap orang itu sendiri terhadap masalah ini. Jadi, jika semasa operasi stesen angkasa Mir, amalan biasa adalah pelepasan terus produk buangan anak kapal, maka hari ini mustahil untuk dibayangkan. Peraturan yang semakin ketat sedang diperkenalkan untuk mengawal proses berada di angkasa lepas. Ini juga dibuktikan oleh konvensyen antarabangsa, mengikut mana negara yang mengambil bahagian dalam aktiviti angkasa lepas wajib mematuhi prinsip mengurangkan kesan negatif terhadap keadaan ekologi dalam persekitaran berhampiran Bumi.
