НА ЗЕМЛІ І В КОСМОСІ АБО ПРОБЛЕМА ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА. ЧАС СХАМЕНУТИСЯ?!

Про матеріал
науково-дослідницька робота на тему: НА ЗЕМЛІ І В КОСМОСІ АБО ПРОБЛЕМА ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА. ЧАС СХАМЕНУТИСЯ?! Цікаво та доступно про проблеми космосу.
Перегляд файлу

1

 

 

Міністерство освіти інауки України

Управління освіти і науки

Кіровоградської облдержадміністрації

Кіровоградська Мала академія наук учнівської молоді

 

Відділення: фізика і астрономія

Секція: теоретична фізика

 

НА ЗЕМЛІ І В КОСМОСІ АБО ПРОБЛЕМА ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА. ЧАС СХАМЕНУТИСЯ?!
 

 

 

Роботу виконала:

Бучацький Андрій Русланович,

учень 9 класу

КЗ «Гайворонський ліцей №2»

науковий керівник:

Янишина Валентина Миколаївна,

вчитель фізики
КЗ «Гайворонський ліцей №2»

 

 

 

 

 

 

Гайворон – 2021

 

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………   3

РОЗДІЛ І ПОНЯТТЯ ПРО КОСМІЧНЕ СМІТТЯ………………………. 4

1.1.Космічне сміття……………………………………………………….  4

РОЗДІЛ ІІ ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ КОСМІЧНОГО СМІТТЯ………   6

 2.1.Україна та космічне сміття (підрахунки отруйних речовин, які надходять в атмосферу)………………………………………………………   10

2.2.Актуальність проблеми космічного сміття………………………….13

2.3.Як очистити космос від сміття ?.......................................................... 15

РОЗДІЛ ІІІ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КОСМІЧНОГО СМІТТЯ НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДЕЙ ТА НАВКОЛИШНЕ СЕРЕДОВИЩЕ………………...21

3.1.Вражаючи факти………………………………………………………23

ВИСНОВКИ………………………………………………………………  25

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………… .  26

ДОДАТКИ…………………………………………………………………28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Людство започатковує новий колообіг – колообіг сміття. Ми викидаємо в природу те, що вона самостійно не перетравить.

 

Сміття у космосі, як і на Землі, є результатом безпосередньої діяльності людини. Засмічення - результат запуску шаленої кількості супутників, як цивільних, так і військових, починаючи з 1957 року. Тоді в Радянському Союзі запустили перший супутник. Оборонні комплекси країн, навігатори машин, кораблів та літаків, мобільний зв’язок, інтернет працюють через супутники та радари. Нам складно уявити своє життя без цих речей але сміття може збити супутник що призведе до проблем зі зв’язком. Чим більше сміття, тим більше зіткнень, і, ще більше уламків. Коли великі уламки зіштовхуються з іншими, вони утворюють ще більшу кількість, але вже дрібніших уламків. У найближчі 100, а може, і 20 років навколо Землі утвориться пояс з дрібніших уламків. Космічнє сміття розміром в один сантиметр вщент розбиває супутник. Сміття не просто летить в космічному просторі, а під впливом сили тяжіння Землі обертається навколо нашої планети, захаращуючи нам шлях в космосі.(Додаток А)

Люди забувають про взаємозв’язок з природою, про те, що ми залежим від навколишнього середовища. Всі повинені знати про наслідки, які чекають на нас, якщо ми і далі буде так відноситися до природи.

Наше завдання - врятувати планету, яка перебуває на межі руйнування. Ми маємо усвідомити масштаби проблем та наслідки безвідповідального ставлення до природи.

Збереження навколишнього середовища повинно стати нашим першочерговим завданням. Час замислитися над цим та почати діяти. Час схаменутися?!

 

 

РОЗДІЛ І
ПОНЯТТЯ ПРО КОСМІЧНЕ СМІТТЯ

 

1.1. Космічне сміття

Космічне сміття це залишки космічних об'єктів, що відпрацювали свій цикл і використали свій ресурс, але залишились у космосі, оскільки їхнє по­вернення на Землю чи знищення економічно неефективні або технічно неможливі. За даними Міжнародної академії астронавтики, за час розвитку космонавтики у космос запущено 8600 об'єктів та тільки третина з них згоріла в земній атмосфері. Виконують свої функції, що відповідають цільовому призначенню, лише 500. Якусь частину, відпрацьованих об'єктів, повертають на Землю, затоплюють в океані, спалюють у навколоземній атмо­сфері, виводять із навколоземної орбіти і залишають у космосі, пе­ретворюючи на космічне сміття. Сміття в космосі збільшується у геометричній прогресії, що веде до збільшення кількості аварій. На навколоземній орбіті знаходиться майже 19 000 об’єктів розміром більше 10 см, 750 тисяч їхніх уламків, 150 мільйон дрібних фрагментів та 1200 супутників, які рухаються зі швидкістю понад 27 000 км/год. Геостаціонарна орбіта перенасичена, навіть випадковий вибух на ній космічного об’єкта викличе ланцюгову реакцію руйнування інших об’єктів, що призведе до порушення зв’язку, телебачення, війскових систем стеження тощо. За оцінками вчених, імовірність катастрофи глобального масштабу, надто велика. Маса відходів обертається навколо землі в радіусі до 2000 км зі швидкістю 10 км/с, це та частина космосу, яка найактивніше використовується для запусків низькоорбітальних штучних супутників. Загальна вага космічного «сміття» більше 8000 тонн. Основна частина–відпрацьовані штучні супутники землі та ракетиносії,прискорювачі ракет та уламки техніки. Якщо освоєння космосу буде проводитисьв в такому темпі, то до 2050 року загальна маса відходів досягне 15000 тон. Космічне сміття –розміром від декількох міліметрів або сантиметрів до півметра і більше – дуже небезпечні для сучасних космічних кораблів, у випадку зіткнення вони завдають удари великої сили.

Якщо не очищувати орбіту від сміття, через 100-200 років навколо Землі буде стільки супутників та космічного сміття, що запустити новий супутник чи ракету буде неможливо. Сьогодні верхні шари атмосфери більше нагадують кладовище супутників.

Космічне сміття - актуальна проблема сьогодення, як ії вирішити?

За оцінками ЄКА (Європейське космічне агентство), у космосі 170 мільйонів різних уламків, які рухаються в рази швидше за нашу планету, навіть, найменші становлять загрозу для інших супутників, які забезпечують зв’язок, прогноз погоди та навігацію інших ракет. Їм знадобитись роки й століття, щоб опуститись в атмосферу й згоріти, якщо вони, звісно, опустяться. Навіть, якщо б припинити запуски, то кількість уламків все рівно буде збільшуватися, внаслідок зіткнень. Тим більше, що сміття не просто летить в космічному просторі, а під впливом сили тяжіння обертається, як пояс, навколо нашої планети, захаращуючи нам шлях в космосі.

Висновки: космічне сміття це залишки космічних об'єктів, які відпрацювали свій ресурс, але залишилися в космосі, тому що їх повернення на Землю чи знищення економічно невигідно або технічно неможливо. Частину об'єктів повертають на Землю, спалюють в навколоземній атмосфері, чи затоплюють в океані, іншу виводять із навколоземної орбіти але залишають у космосі, внаслідок чого вони перетворюються на космічне сміття.


 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ ІІ.

ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ КОСМІЧНОГО СМІТТЯ.

 

На початку освоєння космосу, вважалось, що в космос можно викидати сміття, що космос не має меж і викидати в нього можна будь-що. Тоді, ніхто не замислювався та мало цікавився цим питанням, існувала,так звана, теорія безмежного неба. За цією теорією, вважалось, що скільки б в космос не відправляли космічних апаратів, яки вийшли з ладу, вони перемістяться на дальню орбіту і ніколи не зіштовхнуться.

Туди, навіть, навмисно запускали об’єкти, які з точки зору екології є сміттям, але створювали чудову рекламу для компанії. Ми знаємо про автомобіль Tesla з манекеном на борту, який запустив укосмос Ілон Маск та його компанія Space X.

Засмічення - результат запуску великої кількості супутників,  цивільних, військових, починаючи з першого супутника, над яким працював Корольов. До речі, цей апарат давно не працює, але і досі кружляє навколо Землі.

Дві третини діючих супутників використовуються для комунікацій. Це розвідувальні, навігаційні, метеорологічні, астрофізичні і геодослідницькі супутники, вони складають 5 до 7% від загальної кількості. Інші, на низькій навколоземній орбіті (ННО) – на висоті від 80 до 1700 км – кружляють навколо планети зі швидкістю в 30 разів вищою, ніж авіалайнер. Планету такий супутник облітає за 88 хвилин.

Їх використовують для фотозйомок поверхні Землі, розвідки, наукових спостережень, зв’язку та мовлення. Військові супутники часто використовують для розвідки, навігації і радіозв’язку.

В 2021 році Китай здійснив 39 запусків, найбільше з усіх країн. США на 5 запусків менше. Китай працює над створенням космічного ліфта і багаторазових ракет-носіїв. А ось в Америці хочуть створити економічно ефективну ракету, зокрема Space X Ілона Маска. Винахідник та підприємець хоче колонізувати Марс та роздавати безкоштовний Інтернет по всій Землі. В травні його компанія запустила 60 супутників,а планує 12000. Запускають їх на нижню орбіту, де після закінчення строку роботи, вони мають впасти і згоріти в атмосфері. Такі падіння об’єктів, що палають, спостерігали вже в Австралії та в інших країнах.

Наприклад, в 2009 році на орбіті зіткнулися російський Космос-2251 і американський Iridium 33. Вага їх була 1 тонна та 600 кілограмів відповідно, в результаті зіткнення утворилося понад 500 уламків, які розлетілися на різні орбіти. Першу китайську орбітальну станцію запустили у 2011 році,закрили в березні 2016 року,а ще через 2 роки вона згоріла в атмосфері над Тихим океаном. Індія, країна, яка має  свою Організація космічних досліджень в 2019 році  вивела на орбіту 104 супутники.

З початку космічної ери у космос запущена велика кількість супутників і кораблів - і це вилилося у неймовірне навантаження й забруднення космічних орбіт. Американська Мережа космічних спостережень фіксує десятки тисяч об'єктів розміром більше тенісного м'яча, що літають у нас над головами. На орбіті нині літає понад 100 мільйонів об'єктів, більших від 1 мм.

Вище на орбіті обсяги космічного сміття значно більші, проте там літають тільки роботизовані апарати. Ці супутники важливі для вивчення нашої планети. Кількість космічного сміття, загалом, зростає, як снігова куля.

Космічний простір поступово стає своєрідною частиною середовища проживання і діяльності людини, відбувається розширення змісту поняття «навколишнє природне середовище» з включенням в це поняття навколоземного космічного простору. Вже сьогодні йде процес, «розширення сфери проживання людини, їх взаємодії з природою до космічних масштабів, процес освоєння, «соціалізації» Всесвіту».

Та і космічна техніка здатна викликати збурення в космічному середовищі, за рахунок надходження продуктів згоряння ракетного палива в атмосферу під час запуску космічних апаратів, викидів різних газоподібних, рідких і твердих речовин з космічних апаратів при їх функціонуванні на орбітах в космічному просторі. В космосі перебуває понад 4000 тон відходів, це становить понад 1 % маси повітря вище 200 км, крім того, на геостаціонарних орбітах понад 60 ядерних енергетичних установок, експлуатація більшої частини яких вже завершена. Загальна маса радіоактивних речовин на цих установках становить понад 1 тону, ці об’єкти є джерелом гамма - нейтронного та електронного випромінювання, це створює негативний впливна стан навколишнього природничого середовища та екологічну небезпеку життю людства.

Незалежно від конкретних шляхів подальшого розвитку космонавтики, такі проблеми, як вплив космічних транспортних засобів на навколоземний космічний простір, його забруднення викидами газоподібних, рідких і твердих відходів з космічних виробничих комплексів, загалом, розширення масштабів господарської діяльності людини в космосі в майбутньому призведе до проблем екології навколоземного космічного простору.

Одною з актуальних проблем також залишається проекти відправки в космос високотоксичних і радіоактивних відходів наземних промислових підприємств. Зрозуміло, що для біосфери Землі більш сприятливо їх відправлення ніж їх поховання в шахтах або в глибинах океану, однак такі проекти вимагають ретельного екологічного обстеження.

Україною 19 липня 2006 року прийнято відповідний документ «Обмеження засмічення навколоземного космічного простору при експлуатації космічної техніки.»

З 1957 по 2020 рік тільки Росія і США зробили більш ніж 5000 запусків космічних апаратів. На орбіти різних висот виведені десятки тисяч апаратів різного призначення. Виробивши свій ресурс, вони не зникають з орбіти, деяких можуть залишатися практично вічно. На низьких орбітах, вони можуть бути загальмовані  атмосферою і згоріти. Сьогодні навколо Землі обертається цілий музей космічної техніки, кожен запуск залишає свій слід у космосі: залишки ракетних систем, обладнання від невдалих експериментів, окремі частини космічних кораблів.

Відпрацьовані на висоті 1000 км супутники можуть продовжувати існувати багато сотень  років, і чим вища їх орбіта, тим довший термін "життя" цього мертвого вантажу. Згодом вони руйнуються, поповнюючи сміттєву хмару, що обертається навколо нашої планети. Самі космонавти сприяють збільшенню гігантського сміттезвалища, втрачаючі рукавички, викрутки і, навіть, кінокамеру під час виходу у відкритий космос. Фарба літальних апаратів, яка руйнується в суворих умовах космосу, здатна створювати космічні "піщинки", які обертаються  навколо Землі і "обстрілюють" все, що трапляється на шляху. Спонтані вибухи на орбіті є потужним джерелом штучного забруднення космосу,однією з причин є те,що невелика кількість палива залишається в паливних баках космічних кораблів після завершення їх експлуатації. Паливні баки згодом руйнуються, самозаймисті компоненти палива, вибухають при змішуванні. З 1961 року, від коли було знищено перший космічний об’єкт, понад 130 вибухнули на орбіті.

Служби контролю космічного простору, які діють як в Росії так в США надають інформацію про заселення космічних об'єктів штучного походження. Вони оснащені оптико - електронними, радіолокаційними та оптичними системами стеження. Завдання – ідентифікація, спостереження та каталогізація штучних об'єктів. У їхніх каталогах понад 9000 об’єктів. Отримана Службою контролю інформація використовується для аналізу стану екологічної ситуації в космосі. Служба контролю повина забезпечувати безпеку космічних польотів, попереджати про можливі зіткнення, визначати власносників уламків космічних об'єктів. Все це визначає внесок різних країн у забруднення космосу  та ступінь їхньої вини на підставі Конвенції, прийнятої 1 вересня 1982 року. На жаль, не всі уламки доступні через спостереження. Наземні радіолокаційні системи можуть виявляти лише об'єкти, діаметри яких на висоті до 2 000 км складає не менш декількох сантиметрів, тоді як оптичні телескопи мають доступ до об'єктів від 1 м на висоті декількох десятків кілометрів. Існує величезна кількість об'єктів, які виходять з під контролю, вони мають величезну швідкість і становлять реальну небезпеку в космосі.

2.1. Україна і космічне сміття (підрахунки отруйних речовин, які надходять в атмосферу).

Україна війшла у третє тисячоліття як одна з провідних космічних держав світу, Верховною Радою прийнята загальнодержавна (національна) космічна программа. України відносить космічну діяльність до основних державних пріоритетів України, призначених виступити важливим чинником інноваційного розвитку економіки країни. Вказана програма визначила дослідження та використання космічного простору необхідною умовою розвитку науково-технічного, технологічного і виробничого потенціалу, забезпечення інтересів держави на тривалий період у сферах безпеки та оборони, підвищення рівня якості життя, участі України в розв’язанні загальних проблем людства. На жаль, серед вказаних пріоритетів, що стосуються використання космічного простору, не передбачена охорона навколишнього середовища.

За час незалежності Україною, було здійснено 148 пусків, що призвело до утворення 25 729,8 тон карбон діоксиду, 765,16 тон карбону (II) оксиду і 372,96 тон оксиду азоту. Україна також бере участь у забрудненні космічного простору.

 Знаючи скільки пусків за рік здійснюється [3], а також скільки приблизно тонн карбону діоксиду, карбону (ІІ) оксиду, оксиду азоту спалюється в разі запуску однієї ракети [1], можна розрахувати, скільки тонн шкідливих речовин викидається в атмосферу.

Наприклад, у 2018 році було здійснено 114 пусків, в разі пуску однієї ракети викиди СО2 становлять приблизно 375 тон, СО – 3 тон і NO – 16,5 тон, отже, викиди в 2018 році становили СО2 = 375 • 114 = 42 750 тони, СО = 3 • 114 = 342 тони, NO = 16,5 • 114 =1881 тона. І за таким принципом розраховуємо для кожного необхідного нам року. Проаналізувавши дані статистики щодо вмісту хімічних речовин в атмосфері,можно спрогнозувати, якими будуть викиди в наступні сто років, для цього треба проаналізувати кількість пусків за останні роки: 2016 – 85 пусків, 2017 – 91 пусків, 2018 – 114 пусків. Ураховуючи той факт, що з 2017 року Китай здійснював запуск понад 40 ракет-носіїв у рік, а США у 2018 році здійснило 31 пуск й Росія, яка також займає лідируючі позиції в галузі ракетобудування та аеронавтики, – 37 пусків за 2018 рік, можна з впевненістю зазначити, що середня кількість пусків у рік становитиме не менше ніж 100 і з кожним роком збільшуватиметься, за одне десятиліття приблизно на 10–20 пусків.

2020 рік - 110 (у 2018 – їх уже 114), викиди становили:

CO2 = 375 • 110 = 41 250 тон, СО = 3 • 110 = 330 тон, NO = 16,5 • 110 = 1815 тон.

 2030 рік - 110 + 15 = 125 обраховуємо так для кожного десятиліття (наступні сто років).

 З вересня 2017 року NASA (Національне управління з аеронавтики і дослідження космічного простору (National Aeronauticsand Space Administration) виділило кошти на проєкт з розробки спеціальних надтонких і надміцних ковдр, якими уловлюватимуть дрібні уламки літальних апаратів на навколоземній орбіті. Brane Craft – революційна концепція в сфері вирішення проблеми космічного сміття, запропонована каліфорнійською компанією Aerospace Corporation. Їхньою метою було запустити в навколоземний простір кілька десятків ковдр площею 8464 см і завтовшки 0,25 мм (вполовину менше, ніж людське волосся). Ковдри обгортатимуть сміття, а потім спускатимуть його в нижчі шари атмосфери, де воно згорятиме. Матеріал, який використовуватимуть для конструкції ковдри, очевидно, надзвичайно міцний, враховуючи  таку товщину, управління буде модульним, для того щоб можна було легко замінити пошкоджений фрагмент. Пристрої будуть забезпечені двома джерелами живлення – сонячними батареями та паливом для експериментальних іонних двигунів NASA. Кожна ковдра зможе захоплювати й переміщати невеликі об’єкти вагою до 1 кг. Працюючий прототип космічної ковдри мають презентувати вже за два роки. Слід зазначити, що це є єдиний проєкт щодо утилізації космічного сміття, який NASA фінансує [6]. Низкою українських організацій спільно з провідними європейськими космічними організаціями ще в 2013 році було запропоновано проєкт - LEOSWEEP, пов’язаний з розробкою першої космічної місії з безконтактного видалення з орбіти відпрацьованих останніх ступенів ракет-носіїв. Проєкт став переможцем у рамках проведеного Європейською комісією конкурсу .

Кількість отруйних речовин, які щороку надходять в атмосферу

Викиди в атмосферу

1960

1970

1980

1990

2000

2010

2016

2017

2018

Карбон діоксид, т

4960

46 500

40 125

45 375

31 875

279 350

31 875

34 125

42 750

Карбон (ІІ) оксид, т

120

372

321

363

255

222

255

273

342

Оксид азоту, т

664

2046

1765

1996

1402

1221

1402

1501

1881

 

Оцінка тенденції викидів шкідливих речовин в атмосферу на наступні 100 років

Викиди в атмосферу

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

Карбон діоксид, т

46 875

52 500

58 125

63 750

69 375

75 000

80 625

86 250

Карбон (ІІ) оксид, т

375

420

465

510

555

600

645

690

Оксид азоту, т

2062

2310

2557

2805

3052

3300

3547

3795

 

 

 

Протягом останніх двох десятиріч головним напрямком у дослідженнях космічного «сміття» є регулярні огляди навколоземного простору за допомогою оптичних та електорнно-оптичних засобів. В Україні за космічним «сміттям» у зонах геостаціонарних і видовжених еліптичних орбіт спостерігають астрономи Головної астрономічної обсерваторії (ГАО) НАН України, Лабораторії космічних досліджень при Ужгородському університеті.

Стан навколоземного простору, в умовах його засмічення відпрацьованими космічними об’єктами і фрагментами зруйнованих космічних апаратів, постійно погіршується, збільшується ризик зіткнень на орбітах. Спільна обробка всіх наявних даних спостережень і результатів моделювання дасть можливість достатньо впевнено оцінити потоки уламків з розмірами від 10 см до 2 м у висотному діапазоні, що розглядається, а також з меншою вірогідністю потоки уламків з розмірами від 10 мм до 10 см.

2.2. Актуальність проблеми космічного сміття

Довгий час проблема засмічення космосу розглядалася теоретично. Орбіти здавалися величезними і пустими, але кількість запусків зростало з кожним роком. І це зростання згубно позначилося на безпеці польотів автоматичних космічних апаратів, що особливо дорого коштують та довгоживучих, як орбітальні станції. Космічні швидкості порядку декількох км/с додають частинці величезну кінетичну енергію. Частинка діаметром 0,5 мм цілком здатна пробити скафандр космонавта. За останіми даними, відбулося зростання засмічення космосу, виникла реальна загроза зіткнення навіть між самими елементами космічного сміття. Найбільша небезпека - об'єкти діаметрами від 1 до 10 см, їх дуже багато, обертаються вони з величезними швидкостями - до 10 км/з, та й ще і недоступні для Служби контролю, являючи собою справжні "айсберги" на орбіті. Зіткнення з ними може привести до катастрофічних наслідків. Велику небезпеку представляють крупинки фарби, ледве помітні людським оком, які , наприклад, пошкодили ілюмінатори на "Салюті-7", станції "Мир", американських многоразових кораблях "Шаттл", тому довелося замінити кілька десятків вікон, вартістю по 40000 доларів кожне.

Самим великим об'єктом, зібраним в космосі, був запуск Міжнародної Космічної Станції (МКС). Чи буде її робота в умовах оточення величезною кількістю космічного сміття комфортною і безпечною? Орбіту МКС змінювали двічі, щоб уникнути зіткнення з літаючими фрагментами. Захист будується за допомогою самих сучасних матеріалів, спеціальних захисних екранів, які збільшують вагу станції та їі вартість,тощо.

Потрібно невідкладна робота та спільні заходи всіх країн - учасниць. Наразі, не представляється можливим ні технічно, ні економічно, вірішити проблему, тому треба направити всі зусилля, щоб менше смітити. Для цього, потрібно запобігати мимовільним вибухам в космосі, позбуватися залишків палива при завершенні роботи космічного апарату, скоротити терміни перебування відпрацьованих об'єктів до 25 років. Заборонити навмисне руйнування космічних об'єктів, що знаходяться на орбіті. Відводити відпрацьовані супутники на більш високі та маловикористовувані орбіти, загалом, створити "кладовище космічних відходів". Процес,складний пов'язаний з тим, що зміна орбіти супутників вимагає визначеного (до 15% маси об'єкта), що спричиняє додаткові витрати по 20000 доларів за кожний кг. Якщо супутник важить 1000 кг, то зведення його з орбіти обійдеться в 2 млн. доларів. Останнім часом, значну частку космічних запусків, складають комерційні запуски, здійснювані з Європи і Росії,  приватними компаніями. А вони не несуть ніякої відповідальності, запускаючи велику кількість супутників на низькі орбіти, не турбуючись про можливі зіткнення між ними. Розглядаються різні варіанти знищення космічного сміття, наприклад, "космічних човників" для захвата і транспортування великих об'єктів, космічних лазерів, для знищення більш дрібного космічного сміття тощо. Якщо, наприклад, вдасться виявити об'єкт розміром з тенісний м'яч на висоті 2000 кілометрів і втримати на ньому лазерний промінь, це буде великим успіхом. Зрозуміло що це дороге задоволення. З 1970 року розробляється проект Оріон",суть проекту у використанні могутнього лазера, здатного знаходити і випаровувати дрібні уламки або відхиляти їх орбіту, видаляючи з шляху космічного апарату. Використати таку "лазерну мітлу" планується для очищення орбіти МКС. Вартість - 200 млн. доларів. Будемо сподіватися, що спільними зусиллям космічних держав проблема космічного сміття буде успішно вирішуватися.

2.3.Як можна очистити космос від сміття?

В даний час багато компаній провідних космічних держав розробляють системи очищення навколоземного простору від космічного сміття. Ці системи можуть бути умовно поділені на два типи: пасивні та активні.

Пасивні системи встановлюються на об'єкти, що підлягають відведенню в щільні шари атмосфери, заздалегідь, і приводять у дію після завершення місії. Ці системи можуть ґрунтуються на фізичних принципах. Принцип дії пристроїв полягає у збільшенні сили аеродинамічного опору за рахунок створення великої площі шляхом надування/розгортання спеціальних конструкцій.

Активні системи є автономні космічні апарати, здатні здійснювати відведення об'єктів космічного сміття в земну атмосферу чи переводити їх у спеціальні орбіти поховання.

Найбільша складність боротьби зі сміттям у космосі — це швидкість його руху (27000 кілометрів на годину). Якщо цю проблему вирішити, можна буде говорити про спуск сміття на землю або виштовхування його у далекий космос.

Дослідники космосу працюють над програмами очищення орбіти від сміття. Наприклад, британський експериментальний апарат вперше зловив манекен супутника сіткою. Транспортний корабель Dragon компанії Space X 2 квітня відправив укосмос «космічного прибиральника», японські вчені розробляють супутник, який захоплює магнітом космічне сміття та знищує його. Китай пропонує знищувати космічне сміття за допомогою спеціальних лазерів. А вчені Європейського космічного агентства запропонували використовувати космічні магнітні «буксири». Саме для цього вчені з університету Суррея (Великобританія) розробили сміттєзбиральник під назвою Remove Debris. Аби реалізувати цей задум, у Remove Debrisє створили сітку, гарпун та вітрило, для збору сміття, ці технології ще ніколи не застосовувалися у космосі. Тому перший запуск буде експериментальним. (Додаток В)

Сітку хочуть протестувати на кубсатах. Це дуже маленькі супутники вагою у декілька кілограмів, які будуть на борту апарата. Спочатку він розкидає їх у космосі, а потім спробує зібрати за допомогою своєї сітки.

Торік британський супутник успішно викинув сітку для космічного сміття. Вчені спробували загарпунити великі шматки та об’єкти у відкритому космосі. Вони моделювали різні ситуації, пропонували спалювати сміття лазером з Землі, проте інші відкинули цю ідею, бо в такий спосіб знищиться і техніка, яка працює.

Була ідея створювати умовні сміттєпереробні заводи на орбіті, які будуть якимось чином це сміття ловити та переробляти прямо у космосі. Була ідея запустити ракету, наповнену водою. Щоб ракета вибухнула, досягнувши орбіти, а вода утворила величезну кригу разом зі сміттям, тоді це зіштовхнути з орбіти. Щоб уникнути небезпеки, супутники на високих орбітах за допомогою залишків палива переміщують ще далі в космос - це орбіта поховання. Ближчі супутники зміщують з орбіти в інший бік. Дрібні повністю згоряють під час входу в атмосферу. А ті, що не згоряють повністю, можуть впасти на Землю за незапланованою траєкторією (як китайська ракета Long March 5B або космічна станція Skylab, яка впала на Західну Австралію).

Коли космічні кораблі вмирають, вони стають небезпекою для решти на орбіті. Космічне сміття швидко забиває космос і на орбітальній швидкості до 17500 км/год навіть крихітні частинки фарби можуть завдати серйозної шкоди іншим космічним апаратам. Ці супутники можуть викликати ефект Кесслера – процес, коли зіткнення двох великих супутників провокує появу тисяч чи мільйонів уламків, що призведе до зіткнення з іншими супутниками.

 Зазвичай уламки, які потенційно можуть впасти на населені території, акуратно спрямовують до (Point Nemo) точки Немо, відомої як космічний цвинтар - назва, дана на честь вигаданого капітана підводного човна з роману "20 тисяч льє під водою" Жюля Верна. Технічна назва цієї ділянки води – «океанський полюс недоступності», тому що вона знаходиться приблизно за 2700 км від будь-якої найближчої суші. У віддаленому регіоні Тихого океану на південний схід від Нової Зеландії глибина досягає 4000 метрів. До найближчої землі звідси тисячі кілометрів, немає навіть дрібних островів, сюди рідко запливають кораблі. Місце можна назвати океанічної пустелею, оскільки ця територія закрита для судноплавства. Крім того, в цій частині Тихого океану існує кругова течія - гігантська воронка, яка затягує в себе все сміття. Морської живності тут теж порівняно мало. 

Ділянка океану, де затоплені вцілілі уламки космічних кораблів, тягнеться на 3000 км з півночі на південь і на 5000 км із заходу на схід. Найбільший об'єкт кладовища - 143-тонна станція «Мир», останки якої занурилися на океанське дно в березні 2001 року після 15 років орбітальної служби. За оцінками фахівців дна досягли шість основних фрагментів «Миру» і безліч дрібних уламків, загальною вагою 20 - 25 тонн.

Є спеціальний каталог, куди занесені об’єкти понад 10 сантиметрів. Але у жоден каталог не потрапляють військові розробки та супутники. Країни не лише відправляють супутники, а й тренуються їх збивати. У 2007 році Китай став третьою після США і Росії країною, яка продемонструвала здатність знищувати об’єкти на земній орбіті. Вважається, що у випробуваннях брала участь балістична ракета середньої дальності та наземного базування. Тоді Китай знищив власний супутник для спостережень за погодою. Світова спільнота засудила такі випробування, а Китай у відповідь заявив, що в такий спосіб протистоїть мілітаризації космосу і будь-яким формам гонитви озброєнь. Три роки тому Китай запустив на орбіту апарат, призначений для переміщення космічного сміття, наприклад старих супутників.

За даними (Національного управління з аеронавтики і дослідження космічного простору) NASA, на орбіті Землі знаходиться понад 20 000 уламків розміром з грейпфрут і більше, та менших, їх більше одного мільйона.

Старі супутники давно виведені на орбіту за сотні кілометрів від Землі. Рівень забруднення космічним сміттям на цих орбітах надзвичайно низький (більшість проблем — на низьких орбітах Землі).

 Зовсім недалеко від Землі, за вісімсот кілометрів, на орбіті захоронення, десятки військових супутників з ядерними реакторами на борту. Ці супутники поступово втрачають швидкість, та під дією сили тяжіння повільно притягуються до неї. Через деякий час вони підійдуть досить близько до Землі і впадуть на неї.

Зростають негативні наслідки діяльності людини в космосі, зокрема: вплив різноманітних викидів з штучних супутників Землі (ШСЗ), струменів ракетних двигунів на озоновий шар, взаємодія з іоносферою та атмосферою потужного мікрохвильового випромінювання від супутникових сонячних електростанцій, вплив повітряних куль на стратосферу, забруднення атмосфери при вході ШСЗ в щільні шари, вплив потужних лазерних променів в оптичному та інфрачервоному діапазонах тощо.

Американські вчені пропонують заборонити використання ядерних реакторів космічного базування і закликають країни відмовитися від використання ядерних реакторів на орбітальних космічних кораблях.

Створення нових потужних реакторів космічного базування завдасть великої шкоди, у разі руйнування таких реакторів стане перешкодою для рентгенівської та гамма-астрономії.

Вчені стурбовані різким збільшенням кількості (у найближчі роки до 100) ядерних реакторів на орбіті, знищення кожного з яких загрожує радіоактивним зараженням. Запропоновано ряд засобів негайного вирішення проблеми аварійного засмічення: найцінніші супутники зняти з орбіти за допомогою космічних апаратів і повернути на Землю для ремонту; ловити дрібні частинки за допомогою сіток з найтоншої металевої плівки, як «приманку» використовувати заряди статичної електрики, подібно до того, як працюють звичайні електростатичні фільтри, для зменшення ймовірності зіткнення космічного корабля з уламками на борту космічного корабля встановити апаратуру стеження, яка, виявляючи уламки, буде включати бортовий лазер для часткового випаровування уламків, що призведе до зміни їх швидкості та переміщення на більш високи або більш низьки орбіти, для запобігання зіткнень у космічному просторі організувати схід з орбіти найбільш масивних  уламків. Вважається, що маневрування на орбіті та використання захисних екранів призупинить забруднення космосу.

У Business Insider навіть підрахували, хто та скільки насмітив. Очолює трійку лідерів США (3999 великих уламків), Росія (3961) та Китай (3475).

І що робити з усім цим «добром»? Спалити в атмосфері?

Допоки країни женуться за найсучаснішим космічним озброєнням, кількість сміття на орбіті тільки зростатиме.

Космічна ера відкрила для людства необмежені можливості, проте вона і показала нам, що зневага до космічного простору безумовно вплине на нашу планету та людей.

 Прибирання – це лише мала частина вирішення проблеми космічного сміття. Необхідно зупинити забруднення космічного простору. Сьогодні пальма першості належить Ілону Маску, адже його Space X активно розробляє багаторазові ступені ракет, які повертаються на Землю.

Приватні космічні компанії розвивають космічний туризм, активно засмічуючи простір навколо нашої планети. Кількість робочих, пошкоджених та зруйнованих супутників навколо Землі лише за останні 10 років зросла з 3300 до понад 7600, а до 2030 року прогнозують вже майже 100 тисяч.

Для того, щоб вибрати все сміття з космосу, потрібно запустити не менше ракет, чим ті, що запустили раніше. Вчені - астрономами з усіх куточків нашої планети пропонують найрізноманітніші рішення даної глобальної проблеми, що залишаються поки на стадії розробки. Гігантські металеві сітки, які «ловлять» різне непотрібне космічне сміття, космічний буксир, який може очистити простір від сміття, потужні лазерні системи, які змінюють орбіту сміття за допомогою іонних випромінювачів або просто випаровують його безслідно.

Американські вчені пропонують розпорошити шар вольфрамового пилу навколо земної орбіти (його товщина повинна бути не менше 30 км), він буде утримувати дрібні уламки, не пропускаючи їх на Землю. Комітет із супутників спостереження Землі (CEOS), створений у 1984 році, об’єднав космічні агентства з 43 країн, національні та міжнародні організації. CEOS став основною міжнародною платформою для координації програм супутникового спостереження Землі та взаємодії з користувачами супутникових даних і глобальними інформаційними ресурсами.

Висновки: Проблема космічного сміття виникла в другій половині ХХ-го століття із запуском перших штучних супутників Землі. Залишені на земних орбітах космічні об’єкти стали загрозою функціонуючим супутникам і, особливо, станціям з екіпажами на борту.

З розширенням освоєння людиною космосу кількість об’єктів космічного сміття почала стрімко рости. Це потребувало вжити відповідних заходів і у 1993 році космічні агентства ряду держав створили Міжагентський координаційний комітет щодо космічного сміття (МККС). Основною метою цієї організації є забезпечення взаємного обміну інформацією між членами комітету, розширення можливостей співробітництва, розроблення заходів щодо зниження техногенної засміченості навколоземного космічного простору.

Найгірші наслідки проблем космічного сміття очікуються в найближчі десятиліття, сьогодні важливо вивчати всі види антропогенних впливів на космічне середовище, аналізувати екологічні перспективи космічної діяльності.

РОЗДІЛ ІІІ.

ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ КОСМІЧНОГО СМІТТЯ НА ЗДОРОВ’Я ЛЮДИНИ ТА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ.

 

Основним джерелом забруднення навколишнього середовища є повернення в природу величезної маси відходів, що утворюються в процесі виробництва, транспортування та споживання в людському суспільстві.

Забруднення навколишнього середовища - процес зміни складу та властивостей однієї або кількох сфер Землі внаслідок діяльності людини, призводить до погіршення якості атмосфери та дросфери, літосфери та біосфери.

На земній кулі, як є скінченою за своєю природою, все взаємопов’язано, наприклад, через харчові ланцюги, кругообіг води та геологічні цикли. Природа має здатність до відновлення, але серйозні порушення через надмірне забруднення, руйнування, втручання дестабілізують природний процес.

Головне завдання – врятувати планету, яка знаходиться на межі знищення. Зрозуміло, що повністю відновити природу неможливо, але хоча б щось покращити можна.

Науково-технічний прогрес відкриває перед Людиною багато можливостей, ми добуваємо корисні копалини та залишаємо порожнечі в надрах Землі, використовуємо водні ресурси, забруднючи їх, підкорили космос, створивши кладовище космічних кораблів, і скрізь Людина залишає «слід».

Де людина, там і сміття. З цим не посперечаєшся. Але хто б міг подумати, що це твердження стосується не тільки нашої матері – Землі, а й простору за нею, тобто космосу. Це погано з двох причин. Перший - в наступні 20-25 років того мотлоху буде стільки, що воно буквально почне падати на нас. Друге - це вже заважає космічним польотам. Тому чистити необхідно.

Негативним впливом космічної діяльності на стан довкілля є порушення озонового шару, забруднення повітря оксидами металів, вуглецю, азоту, а ближнього космосу - частинками відпрацьованих космічних кораблів.

Забруднення космосу є серйозною загрозою здоров’ю та безпеці людей, їх майну та навколишньому середовищу. Сміття в космосі, як і на Землі, є результатом безпосередньої діяльності людини. Однак людство це не надто хвилює.

Супутникові електростанції (СЕС) не тільки забруднюють простір, але й впливають на здоров’я людей. На Землі існує реальна небезпека для здоров’я людини від електромагнітного «неіонізуючого» випромінювання наземних передавальних станцій супутникового зв’язку.

Тривале опромінення передавачів наземних станцій на населення є небезпечним фактором і призводить, зокрема, до абортів, викидів та розвитку раку. Існує певна небезпека в разі падіння на Землю елементів супутника які не згоріли в атмосфері. Імовірність удару великого космічного корабля в конкретну людину становить 6 * 10-11, однак ймовірність того, що в якомусь випадку в когось десь може потрапити (космічний літальний апарат) КЛА, складає вже 1/150. Це означає, що в недалекому майбутньому хтось може бути убитим попаданням КЛА. Бували випадки, коли уламки супутника падали на Землю, що призводило до великих руйнувань.

Космічний корабель «Космос-954», запущений у вересні 1977 р. з Байконура, втратив орієнтацію, розбився в Канаді 24 січня 1978 р. Однак ядерний реактор не був повністю знищений і дощ із радіоактивних осколків вилився на північ Канади. Американські та канадські військові, навіть, організували операцію з пошуку частин супутника для дезінфекції території. Незважаючи на те, що була зима, вони змогли знайти більше ніж 100 фрагментів супутника, що сильно фонять, в  вигляді стрижнів, дисків, трубок і дрібніших деталей. Це приблизно 60 кілограмів із трьох тонн початкової ваги. А якби супутник упав над житловими районами ? Які наслідки падіння на Землю, навіть, відносно невеликого небесного тіла? Кілька мільйонів тонн метеоритної речовини щороку падає на Землю. Більшість метеорів згоряє в атмосфері, деякі досягають поверхні Землі. Велике падіння може принести значні руйнування. Навколишні системи, оснащені системою виявлення і знищення космічних об'єктів, могли б служити людям від небезпеки падіння великих метеоритів.

3.1.Вражаючи факти:

1. (Міжнародна Космічна Станція) МКС - найдорожчий об'єкт, коли-небудь побудований людством. Її вартість давно перевалила за 100 мільярдів доларів, і вона безперервно мешкає з моменту свого запуску з 2000 року.

2. МКС рухається по орбіті зі швидкістю близько 7,7 кілометрів на секунду, а космонавти екіпажу зустрічають по 16 сходів і заходів Сонця кожну добу.

3. Незважаючи на катастрофи при зльотах та посадках, за межами атмосфери, у космосі, жоден космонавт не загинув.

4. У космосі ніколи не бувало більше 13 людей одночасно.

5. Російський космонавт Олексій Соловйов є рекордсменом за кількістю виходів у відкритий космос та за сумарним часом, проведеним там. Усього за 16 виходів він провів у відкритому космосі понад 82 години.

6. Жоден космонавт у світі не літав у космос понад 7 разів.

7. Найбільша відстань, на яку космонавти віддалялися від Землі – 400 тисяч кілометрів. Йдеться про місію «Аполлон-13».

8. Павуки в стані невагомості, яких взли в космос для експериментів, починають плести кулясту павутину замість плоскої.

9. Кішки - космонавти швидше, ніж будь-які інші живі істоти, адаптувалися до стану невагомості та освоювались у нових умовах.

10. У 2014 році МКС тричі доводилося міняти орбіту, уникаючи зіткнень із уламками. Кожне коригування курсу на станції спалює багато палива, і вартує величезних грошей.

11. Найбільший космічний об'єкт, коли-небудь побудований людством, - Міжнародна Космічна Станція, або МКС.

12. МКС, що пролітає по небу, можна побачити за допомогою звичайного польового бінокля.

13. Космос наповнений жорсткою радіацією, яка становить величезну небезпеку для космонавтів. Її джерело – наше власне Сонце.

14. На Китай, США та Росію припадає 93% всього космічного сміття, тоді як інші країни забезпечують сумарно лише 7%.

15. Є мізерний шанс постраждати від падіння космічного сміття на Землю. В 1997 році на мешканку США, штат Оклахома, впав невеликий шматок обшивки ракети Delta-2. Вона залишилася живою, і навіть, стала знаменитістю на якийсь час.

Висновки:  Кожен запуск ракети залишає слід у довкіллі – шлейфи вихлопів, наповнені речовинами, що шкодять атмосфері, і газ – найменша з них небезпека. Крихітні частинки сажі (або чорного вуглецю) та глинозему (оксиду алюмінію), вивільнені під час ракетних пусків, потрапляють до стратосфери, де накопичуються і поволі призводять до виснаження озонового шару, що захищає Землю від шкідливого ультрафіолетового сонячного випромінювання. Найгірше те, що масштаби проблеми поки що відомі не повністю. Внаслідок пошкодження озонового шару ультрафіолетові промені можуть викликати рак шкіри та катаракту в людей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

Космічне сміття – це реальна екологічна загроза, новий атропогенний фактор, який завдає шкоди екології планети. В Україні на сучасному етапі розвитку проводяться дослідження кількісних та якісних характеристик космічного сміття, але поки що Україна не бере участь у проектах з очищення навколоземного простору. Математичні розрахунки показали, що викиди в атмосферу Землі за рік надзвичайно великі. Аналіз наукової літератури та Інтернет - джерел, а також власні математичні та статистичні розрахунки показали, що кожні 10 років вони продовжуватимуть зростати більш ніж на 50% та накопичувати сміття в космосі. Щоб вирішити цю проблему необхідні:

      • формування технологій і конструкцій, що призводять до мінімізації відходів;

         заздалегідь продумати заходи по ліквідациї космічного сміття;

      • важливо скоротити число виведених у космос апаратів і використання багатоцільових супутників;

• після відпрацювання ресурсів відводити їх в щільні шари атмосфери, де вони згорять, або на менш «заселені» орбіти;

 • сміття, що виникло внаслідок життєдіяльності екіпажу космічного об'єкта, повертати на Землю у кораблях- човниках.

Вченні та інженери пропонують велику кількість різноманітних стратегій для прибирання космічного сміття. Найбільш реальні [4]: сітка і гарпун (ідея під назвою Electro Dynamic Debris Eliminator (EDDE) – підходить для великих об‘єктів ); космічні повітряні кулі (ідея під назвою Gossamer Orbit Lowering Device або GOLD System); реактивний буксир (для великих об‘єктів); сонячний парус, перезагрузка низької орбіти вольфрамовим пилом або водою, яка замерзла (сповільнює рух усіх тіл і об‘єктів на орбіті, але може призвести до катастрофічних  наслідків для планети та діючих штучних супутників); перенаправлення за допомогою лазера, космічний сміттєвоз з можливим переробленням сміття, телескоп з лазером (потрібні міжнародні договори про винесення лазера (як зброї) на орбіту, потужний електромагніт кільцевої форми, який буде магнітні частинки сповільнювати і тим самим переводити на нижчу орбіту у густі шари атмосфери для згоряння; постійний магніт з малопотужним двигуном може маневрувати і збирати на орбіті магнітні частинки до тих пір, поки маса набуде критичної і зійде з орбіти. Перший магніт запускати проти руху основної частини сміття, другий магніт запускати в сторону руху частинок для мінімізації швидкості зближення тощо.

Вчені прогнозують, що в результаті цих глобальних порушень вже існують і очікуються в найближчому майбутньому зміни, які можуть негативно вплинути на життя людини. (Всесвітня організація охорони здоров’я, ВООЗ) опублікувала доповідь, в якій говориться, що забруднення є однією з головних причин смертності у світі. І лише останнім часом широка громадськість почала звертати серйозну увагу на ступінь руйнування, яке ми завдаємо навколишньому середовищу.

 Незважаючи на всі перешкоди, які виникають при вирішенні цієї проблеми, є надія на успіх дослідників космосу в технічному розв’язанні проблеми космічного сміття.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

 

1. Авіація і ракетоносії. Екологія. Навчальні матеріали онлайн. URL: https://pidruchniki. com/13290305/ekologiya/aviatsiya_raketonosiyi

2. Вокін Г. Г. «Екологія і космос. Введення в екологію космічної діяльності» - Х:Видавництво «Інфра-Інженери». 2021. – 41с.

2. Карл Саган «Блакитна цятка: космічне майбутнє людства» - Видавництво: -К: Клуб сімейного дозвілля. 2019.-173с.

3. Железняков О.Підсумки космічної діяльності країн світу Аерокосмічний портал. URL: http://space.com.ua/2019/ 01/07/pidsumki-kosmichnoyi-diyalnosti-krayin-svituv-2018-rotsi-vid-oleksandra-zheleznyakova/

4. https://elmin.ru/uk/wall/gde-nahoditsya-i-kak-vyglyadit-edinstvennoe-kladbishche-kosmicheskih-korablei.html

5. https://zerowaste.org.ua/2021/09/14/plastyk-i-zdorovya/

6. NASA ловитиме космічне сміття надтонкими ковдрами. Новини Еспресо. TV׀Україна-Elements. URL: https://espreso.tv/news/2017/09/11/nasa_ lovytyme_kosmichne_smittya_nadtonkymy_kovdramy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТКИ

Додаток А

 

 

C:\Users\Комп\Desktop\Без названия.jpg

Космічне сміття                 Міжнародна космічна станція

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ось таку дірку шматок космічного сміття пробив у 2007 році у панелі радіатора шатла Індевор

                                                         Топ-10 країн світу по кількості запусків

Додаток В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гарпун для збору сміття

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сітка для збору сміття                             Вітрило розміром 10 м²,

docx
Пов’язані теми
Фізика, 9 клас, Інші матеріали
До підручника
Фізика 9 клас (Бар'яхтар В.Г., Довгий С.О., Божинова Ф.Я., Кирюхіна О.О. (за редакцією Баряхтара В.Г., Довгого С.О.))
До уроку
§ 4. Закон Кулона
Додано
29 січня
Переглядів
138
Оцінка розробки
Відгуки відсутні
Безкоштовний сертифікат
про публікацію авторської розробки
Щоб отримати, додайте розробку

Додати розробку